Een van de meest iconische beelden van de Hubble-ruimtetelescoop is het Hubble Ultra Deep Field, die talloze sterrenstelsels in het heelal onthulde, die teruggaat tot binnen een paar honderd miljoen jaar na de oerknal. Hubble tuurde honderden uren naar een enkel stukje schijnbaar lege lucht, beginnend in september 2003, en astronomen onthulden dit tapijt van sterrenstelsels voor het eerst in 2004, met meer waarnemingen in de daaropvolgende jaren.

NASA's aankomende Nancy Grace Roman Space Telescope zal een gebied van de lucht kunnen fotograferen dat minstens 100 keer groter is dan Hubble met dezelfde scherpe scherpte. Onder de vele waarnemingen die mogelijk zullen worden gemaakt door deze brede kijk op de kosmos, astronomen overwegen de mogelijkheid en het wetenschappelijk potentieel van een "ultradiep veld" van een Romeinse ruimtetelescoop. Een dergelijke observatie zou nieuwe inzichten kunnen opleveren over onderwerpen variërend van stervorming tijdens de jeugd van het universum tot de manier waarop sterrenstelsels samenklonteren in de ruimte.

Roman zal nieuwe wetenschap mogelijk maken op alle gebieden van astrofysica, van het zonnestelsel tot aan de rand van het waarneembare heelal. Een groot deel van Roman's observatietijd zal worden besteed aan onderzoeken over brede delen van de lucht. Echter, er zal ook enige waarnemingstijd beschikbaar zijn voor de algemene astronomische gemeenschap om andere projecten aan te vragen. Een Romeins ultradiep veld kan de wetenschappelijke gemeenschap enorm ten goede komen, zeggen astronomen.

"Als een gemeenschapswetenschappelijk concept, er zouden opwindende wetenschappelijke resultaten kunnen zijn van ultradiepe veldobservaties door Roman. We willen de astronomische gemeenschap aansporen om na te denken over manieren waarop ze voordeel kunnen halen uit de capaciteiten van Roman, " zei Anton Koekemoer van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland. Koekemoer presenteerde het Romeinse ultra-deep field-idee op de 237e bijeenkomst van de American Astronomical Society, namens een groep astronomen verspreid over meer dan 30 instellingen.

Als voorbeeld, een Romeins ultradiep veld zou vergelijkbaar kunnen zijn met het Hubble Ultra Deep Field - een paar honderd uur in één richting kijkend om een ​​uiterst gedetailleerd beeld op te bouwen van zeer zwakke, verre objecten. Maar terwijl Hubble duizenden sterrenstelsels op deze manier vasthield, Roman zou miljoenen incasseren. Als resultaat, het zou nieuwe wetenschap mogelijk maken en ons begrip van het universum enorm verbeteren.

Structuur en geschiedenis van het universum

Misschien wel het meest opwindende is de mogelijkheid om het zeer vroege heelal te bestuderen, die overeenkomt met de verste sterrenstelsels. Die sterrenstelsels zijn ook de zeldzaamste:bijvoorbeeld slechts een handvol is te zien in het Hubble Ultra Deep Field.

Dankzij het brede gezichtsveld van Roman en nabij-infraroodgegevens van vergelijkbare kwaliteit als die van Hubble, het zou vele honderden kunnen ontdekken, of mogelijk duizenden, van deze jongste, meest verre sterrenstelsels, afgewisseld tussen de miljoenen andere sterrenstelsels. Dat zou astronomen in staat stellen te meten hoe ze zich in de ruimte groeperen, evenals hun leeftijden en hoe hun sterren zijn gevormd.

"Romein zou ook krachtige synergieën opleveren met huidige en toekomstige telescopen op de grond en in de ruimte, inclusief NASA's James Webb Space Telescope en anderen, ’ zei Koekemoer.

Vooruit gaan in kosmische tijd, Roman zou extra sterrenstelsels oppikken die ongeveer 800 miljoen tot 1 miljard jaar na de oerknal bestonden. In die tijd, sterrenstelsels begonnen zich net te groeperen in clusters onder invloed van donkere materie. Terwijl onderzoekers dit proces van het vormen van grootschalige structuren hebben gesimuleerd, een Romeins ultradiep veld zou voorbeelden uit de echte wereld opleveren om die simulaties te testen.

Stervorming gedurende kosmische tijd

Het vroege heelal onderging ook een vuurstorm van stervorming. Sterren werden geboren met snelheden die honderden keren sneller waren dan wat we vandaag zien. Vooral, astronomen staan ​​te popelen om "kosmische dageraad" en "kosmische middag, " die samen een tijd beslaan van 500 miljoen tot 3 miljard jaar na de oerknal toen de meeste stervorming plaatsvond, evenals wanneer superzware zwarte gaten het meest actief waren.

"Omdat het gezichtsveld van Roman zo groot is, het zal spel veranderen. We zouden niet slechts één omgeving in een smal gezichtsveld kunnen bemonsteren, maar in plaats daarvan een verscheidenheid aan omgevingen vastgelegd door Roman's brede blik. Dit geeft ons een beter idee van waar en wanneer stervorming plaatsvond, " legde Sangeeta Malhotra van NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt uit, Maryland. Malhotra is een mede-onderzoeker van de Romeinse wetenschappelijke onderzoeksteams die werken aan de kosmische dageraad, en heeft programma's geleid die diepe spectroscopie doen met Hubble, leren over afstand, jonge sterrenstelsels.

Astronomen staan ​​te popelen om de snelheid van stervorming in dit verre tijdperk te meten, die een verscheidenheid aan factoren kunnen beïnvloeden, zoals de hoeveelheid waargenomen zware elementen. De mate van stervorming kan afhangen van het feit of een sterrenstelsel al dan niet in een grote cluster ligt. Roman zal in staat zijn om vage spectra op te nemen die duidelijke "vingerafdrukken" van deze elementen zullen laten zien, en nauwkeurige afstanden (roodverschuivingen genoemd) van sterrenstelsels te geven.

"Bevolkingsexperts zouden kunnen vragen, welke verschillen zijn er tussen mensen die in grote steden wonen, versus die in de buitenwijken, of landelijke gebieden? evenzo, als astronomen kunnen we vragen, leven de meest actieve stervormende sterrenstelsels in zeer geclusterde gebieden, of gewoon aan de randen van clusters, of leven ze in afzondering?" zei Malhotra.

Big data en machine learning

Een van de grootste uitdagingen van de Romeinse missie is het leren analyseren van de overvloed aan wetenschappelijke informatie in de openbare datasets die het zal produceren. In zekere zin, Roman zal nieuwe kansen creëren, niet alleen op het gebied van luchtdekking, maar ook in datamining.

Een Romeins ultradiep veld zou informatie bevatten over miljoenen sterrenstelsels - veel te veel om door onderzoekers één voor één te worden bestudeerd. Machine learning - een vorm van kunstmatige intelligentie - zal nodig zijn om de enorme database te verwerken. Hoewel dit een uitdaging is, het biedt ook een kans. "Je zou compleet nieuwe vragen kunnen onderzoeken die je voorheen niet kon beantwoorden, ", aldus Koekemoer.

"Het ontdekkingspotentieel mogelijk gemaakt door de enorme datasets van de Romeinse missie zou kunnen leiden tot doorbraken in ons begrip van het universum, verder dan wat we ons nu kunnen voorstellen, " voegde Koekemoer toe. "Dat zou de blijvende erfenis van Roman voor de wetenschappelijke gemeenschap kunnen zijn:niet alleen bij het beantwoorden van de wetenschappelijke vragen die we denken te kunnen beantwoorden, maar ook nieuwe vragen waar we nog aan moeten denken."