NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope zal nog meer kosmische vragen kunnen onderzoeken, dankzij een nieuw nabij-infraroodfilter. Door de upgrade kan het observatorium langere golflengten van licht zien, het openen van spannende nieuwe mogelijkheden voor ontdekkingen vanaf de rand van ons zonnestelsel tot in de verste uithoeken van de ruimte.

"Het is ongelooflijk dat we zo'n ingrijpende verandering in de missie kunnen aanbrengen nadat alle primaire componenten hun kritische ontwerpbeoordelingen al hebben doorstaan, " zei Julie McEnery, de Roman Space Telescope senior projectwetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Met het nieuwe filter, we zullen het volledige infraroodbereik kunnen zien dat de telescoop kan bekijken, dus we maximaliseren de wetenschap die Roman kan doen."

Met het nieuwe filter Roman's golflengtedekking van zichtbaar en infrarood licht zal 0,5 tot 2,3 micron omspannen - een toename van 20% ten opzichte van het oorspronkelijke ontwerp van de missie. Dit bereik zal ook meer samenwerking mogelijk maken met de andere grote observatoria van NASA, die elk hun eigen manier hebben om de kosmos te bekijken. De Hubble-ruimtetelescoop kan van 0,2 tot 1,7 micron zien, waardoor het het heelal kan observeren in ultraviolet tot bijna-infrarood licht. De James Webb-ruimtetelescoop, lancering in oktober, zal zien van 0,6 tot 28 micron, waardoor het nabij-infrarood kan zien, midden-infrarood, en een kleine hoeveelheid zichtbaar licht. Roman's verbeterde bereik van golflengten, samen met zijn veel grotere gezichtsveld, zal meer interessante doelen onthullen voor Hubble en Webb om op te volgen voor gedetailleerde observaties.

De mogelijkheden van Roman uitbreiden met een groot deel van de nabij-infrarode K-band, die zich uitstrekt van 2,0 tot 2,4 micron, zal ons helpen verder door de ruimte te kijken, dieper in stoffige gebieden tasten, en bekijk meer soorten objecten. Roman's ingrijpende kosmische onderzoeken zullen talloze hemellichamen en fenomenen onthullen die anders moeilijk of onmogelijk te vinden zouden zijn.

"Een schijnbaar kleine verandering in het golflengtebereik heeft een enorm effect, " zei George Helou, directeur van IPAC bij Caltech in Pasadena, Californië, en een van de pleitbezorgers van de wijziging. "Roman zal dingen zien die 100 keer zwakker zijn dan de beste K-band-onderzoeken op de grond kunnen zien vanwege de voordelen van ruimte voor infraroodastronomie. Het is onmogelijk om alle mysteries te voorspellen die Roman zal helpen oplossen met behulp van dit filter."

Schatten in onze kosmische achtertuin

Hoewel de missie is geoptimaliseerd om donkere energie en exoplaneten te verkennen - planeten buiten ons zonnestelsel - zal het enorme gezichtsveld ook schatten van andere kosmische wonderen vastleggen.

Roman zal uitblinken in het detecteren van de talloze kleine, donkere lichamen aan de rand van ons zonnestelsel, voorbij de baan van Neptunus. Met behulp van zijn verbeterde visie, de missie zal nu in staat zijn om deze lichamen te doorzoeken op waterijs.

Deze regio, bekend als de Kuipergordel, bevat de overblijfselen van een oerschijf van ijzige lichamen die zijn overgebleven van de vorming van het zonnestelsel. Veel van deze kosmische fossielen zijn grotendeels onveranderd gebleven sinds ze miljarden jaren geleden werden gevormd. Door ze te bestuderen, krijg je een kijkje in de vroege dagen van het zonnestelsel.

De meeste oorspronkelijke bewoners van de Kuipergordel zijn er niet meer. Velen werden de interstellaire ruimte in gegooid toen het zonnestelsel vorm kreeg. Anderen werden uiteindelijk naar het binnenste zonnestelsel gestuurd, kometen worden. Af en toe kruisten hun nieuwe paden de baan van de aarde.

Wetenschappers denken dat de inslagen van oude kometen op zijn minst een deel van het water van de aarde hebben geleverd, maar ze weten niet zeker hoeveel. Een telling van het waterijs op lichamen in het buitenste zonnestelsel zou waardevolle aanwijzingen kunnen bieden.

Sluiers van stof opheffen

Hoewel het een beetje contra-intuïtief is, ons Melkwegstelsel kan een van de moeilijkste sterrenstelsels zijn om te bestuderen. Als we door het vlak van de Melkweg turen, veel objecten worden aan het zicht onttrokken door wolken van stof en gas die tussen de sterren drijven.

Stof verstrooit en absorbeert zichtbaar licht omdat de deeltjes even groot of zelfs groter zijn dan de golflengte van het licht. Omdat infrarood licht zich in langere golven voortplant, het kan gemakkelijker door stofwolken gaan.

Door de ruimte in infrarood licht te bekijken, kunnen astronomen wazige gebieden doorboren, dingen onthullen die ze anders niet zouden kunnen zien. Met het nieuwe filter van Roman, het observatorium kan nu door stofwolken kijken die tot drie keer dikker zijn dan het oorspronkelijk ontworpen was, die ons zal helpen de structuur van de Melkweg te bestuderen.

De missie zal sterren zien die in en buiten de centrale hub van ons melkwegstelsel liggen, die dicht opeengepakt is met sterren en puin. Door te schatten hoe ver de sterren verwijderd zijn, wetenschappers zullen een beter beeld van ons eigen sterrenstelsel kunnen samenstellen.

De uitgebreide kijk van Roman zal ons ook helpen om nog meer te leren over bruine dwergen - objecten die niet massief genoeg zijn om kernfusie in hun kernen te ondergaan zoals sterren. De missie zal deze "mislukte sterren" vinden in de buurt van het hart van de melkweg, waar catastrofale gebeurtenissen zoals supernova's vaker voorkomen.

Astronomen denken dat deze locatie van invloed kan zijn op de vorming van sterren en planeten, aangezien exploderende sterren hun omgeving bezaaien met nieuwe elementen wanneer ze sterven. Met het nieuwe filter, de missie zal bruine dwergen kunnen karakteriseren door hun samenstelling te onderzoeken. Dit zou ons kunnen helpen bij het identificeren van verschillen tussen objecten in de buurt van het hart van de melkweg en in de spiraalarmen.

Starend over de uitgestrektheid van de ruimte

Als we de meest verafgelegen objecten in de ruimte willen zien, we hebben een infraroodtelescoop nodig. Terwijl licht door het uitdijende heelal reist, het strekt zich uit in langere golflengten. Hoe langer het reist voordat het ons bereikt, hoe langer de golflengten worden. UV-licht strekt zich uit tot golflengten van zichtbaar licht, en vervolgens breidt zichtbaar licht zich uit tot infrarood.

Door Roman's blik nog verder uit te breiden tot in het infrarood, de missie kan terugkijken naar de tijd dat het universum minder dan 300 miljoen jaar oud was, of ongeveer 2% van de huidige leeftijd van 13,8 miljard jaar. Het verkennen van zulke verre gebieden in de ruimte zou ons kunnen helpen begrijpen wanneer sterren en sterrenstelsels zich voor het eerst begonnen te vormen.

De oorsprong van sterrenstelsels is nog steeds een mysterie, omdat de eerste objecten die zich vormden extreem zwak waren en zich dun over de hemel verspreidden. Roman's nieuwe filter, in combinatie met het brede gezichtsveld van de telescoop en de gevoelige camera, zou ons kunnen helpen genoeg eerste generatie sterrenstelsels te vinden om de populatie als geheel te begrijpen. Vervolgens kunnen astronomen primaire doelen selecteren voor missies zoals de James Webb Space Telescope om in te zoomen voor meer gedetailleerde vervolgwaarnemingen.

Het nieuwe filter zou ook een andere manier kunnen bieden om de Hubble-constante vast te pinnen, een getal dat beschrijft hoe snel het heelal uitdijt. Het heeft onlangs geleid tot discussie onder astronomen omdat verschillende resultaten verschillende metingen hebben opgeleverd.

Astronomen gebruiken vaak een bepaald type ster genaamd Cepheïdenvariabelen om de expansiesnelheid te helpen bepalen. Deze sterren worden periodiek helderder en zwakker, en in de vroege jaren 1900 merkte de Amerikaanse astronoom Henrietta Leavitt een verband op tussen de helderheid van een Cepheïde - dat wil zeggen, de gemiddelde intrinsieke helderheid en de lengte van de cyclus.

Wanneer astronomen Cepheïden detecteren in verre sterrenstelsels, ze kunnen nauwkeurige afstanden bepalen door de werkelijke, intrinsieke helderheid van de sterren tot hun schijnbare helderheid vanaf de aarde. Vervolgens kunnen astronomen meten hoe snel het heelal uitdijt door te zien hoe snel sterrenstelsels op verschillende afstanden zich van elkaar verwijderen.

Een ander type ster, RR Lyrae-variabelen genoemd, hebben een vergelijkbare relatie tussen hun werkelijke helderheid en de hoeveelheid tijd die nodig is om op te helderen, zwak, en weer oplichten. Ze zijn zwakker dan Cepheïden, en hun relatie tussen periode en helderheid kan niet gemakkelijk worden bepaald in de meeste golflengten van licht, maar Roman zal ze kunnen bestuderen met zijn nieuwe filter. Het observeren van RR Lyrae- en Cepheïde-sterren in infraroodlicht om afstanden tot andere sterrenstelsels te bepalen, kan helpen om recentelijk onthulde discrepanties in onze metingen van de uitdijingssnelheid van het universum op te helderen.

"Het verbeteren van Roman's visie verder in het infrarood biedt astronomen een krachtig nieuw hulpmiddel om ons universum te verkennen, "zei McEnery. "Met behulp van het nieuwe filter zullen we ontdekkingen doen over een enorm gebied, van verre sterrenstelsels helemaal naar onze lokale buurt."