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美國宇航局的羅馬太空望遠鏡將如何逆轉宇宙
发布时间：2025-11-02 11:42:54 来源：中國人才熱線 作者：昆明市
在這張宇宙深處的模擬圖中，每個點代表一個星係。三個小方塊顯示了哈勃的視野，每個方塊揭示了合成宇宙的不同區域。Roman將能夠快速勘測整個縮小圖像那麽大的區域，這將讓我們一瞥宇宙最大的結構。Credits: NASA's Goddard Space Flight Center and A. Yung
（神秘的地球uux.cn）據美國宇航局：一項新的模擬顯示，美國宇航局的南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡將如何逆轉宇宙時鍾，以前所未有的方式揭示進化中的宇宙，當它在2027年5月發射時。憑借其快速成像巨大空間的能力，Roman將幫助我們理解宇宙如何從原始的帶電粒子海洋轉變為我們今天看到的龐大宇宙結構的複雜網絡。
“哈勃和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是為深入和近距離研究天文物體而優化的，所以他們就像通過針孔觀察宇宙一樣，”美國宇航局戈達德太空飛行中心博士後亞倫·容說，他在馬裏蘭州格林貝爾特領導了這項研究。“為了在最大尺度上解開宇宙之謎，我們需要一架能夠提供更大視野的太空望遠鏡。這正是Roman的設計目的。”
將羅曼的大視野與哈勃更寬的波長覆蓋範圍和韋伯更詳細的觀察結合起來，將提供一個更全麵的宇宙視野。
該模擬覆蓋了一片兩平方度的天空，相當於一輪滿月的10倍，包含超過500萬個星係。它基於一個久經考驗的星係形成模型，代表了我們當前對宇宙如何運作的理解。使用一種極其高效的技術，該團隊可以在不到一天的時間內模擬數千萬個星係——使用傳統方法可能需要數年時間。當Roman發布並開始提供真實數據時，科學家可以將其與一係列此類模擬進行比較，對他們的模型進行最終測試。這將有助於解開星係形成物理學、暗物質——一種隻能通過引力效應觀察到的神秘物質——以及更多問題。
描述這些結果的論文發表在2022年12月的《皇家天文學會月報》上。
這幅圖像包含了數百萬散布在時空中的模擬星係，展示了哈勃(白色)和羅曼(黃色)在一張快照中可以捕捉到的區域。哈勃大約需要85年才能繪製出圖像中相同深度的整個區域，但是羅曼隻用了63天就完成了。Roman更大的視野和快速的勘測速度將以前所未有的方式揭示進化中的宇宙。Credits: NASA's Goddard Space Flight Center and A. Yung
解開宇宙網絡
星係和星係團沿著看不見的暗物質線成團發光，就像一幅可觀測宇宙大小的織錦。有了足夠廣闊的視野，我們可以看到宇宙的大尺度結構是網狀的，有著延伸數億光年的線條。星係主要存在於細絲的交叉處，在所有閃亮的細絲之間有巨大的“宇宙空洞”。
這就是現在宇宙的樣子。但是如果我們能倒轉宇宙，我們會看到非常不同的東西。
我們會發現自己淹沒在等離子體(帶電粒子)的海洋中，而不是分散在星係中的巨大、熾熱的恒星，每個星係相距更遠。這種原始湯幾乎完全一致，但對我們來說，謝天謝地，有微小的結。由於這些團塊比它們周圍的密度稍大，它們的引力也稍大。
幾億年過去了，這些團塊吸收了越來越多的物質。它們變得足夠大，形成了恒星，恒星被引力吸引向暗物質，形成了看不見的宇宙主幹。星係誕生並繼續進化，最終像我們這樣的行星係統出現了。
羅曼的全景圖將幫助我們看到不同階段的宇宙是什麽樣的，並填補我們理解中的許多空白。例如，雖然天文學家發現了包裹星係的暗物質“暈”，但他們不確定它們是如何形成的。通過觀察由暗物質引起的引力透鏡如何扭曲更遠物體的外觀，Roman將幫助我們了解光環是如何隨著宇宙時間的推移而發展的。
在這個模擬宇宙的側視圖中，每個點代表一個星係，其大小和亮度與其質量相對應。不同時代的切片展示了羅曼將如何跨越宇宙曆史來觀察宇宙。天文學家將利用這樣的觀察來拚湊宇宙演化如何導致我們今天看到的網狀結構。Credits: NASA's Goddard Space Flight Center and A. Yung
戈達德太空中心的天體物理學家、論文的合著者桑吉塔·馬爾霍特拉(Sangeeta Malhotra)說:“像這樣的模擬對於將前所未有的大型星係調查從羅曼連接到決定這些星係分布的看不見的暗物質支架至關重要。
看到更大的畫麵
用其他太空望遠鏡研究如此巨大的宇宙結構是不切實際的，因為需要數百年的觀察才能拚接出足夠多的圖像來觀察它們。
“Roman將擁有獨特的能力來匹配哈勃超深空的深度，但覆蓋的天空麵積比坎德爾斯巡天等廣泛的調查多幾倍，”容說。“這樣一幅早期宇宙的全景圖將有助於我們理解哈勃和韋伯的快照在多大程度上代表了當時的宇宙。”
羅曼的廣闊視野也將成為哈勃和韋伯放大有趣領域的路線圖。
羅曼的全麵天體測量將能夠比哈勃快一千倍地繪製宇宙地圖。這將是可能的，因為天文台的剛性結構，快速回轉速度，以及望遠鏡的大視野。羅曼將迅速從一個宇宙目標轉移到下一個。一旦獲得一個新的目標，振動將很快穩定下來，因為像太陽能電池陣列這樣潛在不穩定的結構被固定在適當的位置。
“羅曼每年將拍攝大約10萬張照片，”戈達德太空中心的天體物理學家傑弗裏·克魯克說。“鑒於羅曼的視野更大，即使像哈勃或韋伯這樣的強大望遠鏡覆蓋這麽多的天空，也需要比我們一生更長的時間。”
通過提供一個巨大、清晰的宇宙生態係統視圖，並與哈勃和韋伯等天文台合作，羅曼將幫助我們解決一些天體物理學中最深奧的謎團。
Nancy Grace Roman太空望遠鏡由美國宇航局戈達德太空飛行中心管理，參與方包括美國宇航局噴氣推進實驗室和南加州加州理工學院/IPAC分校、巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所以及由來自不同研究機構的科學家組成的科學團隊。主要的工業夥伴是科羅拉多州博爾德的鮑爾航空航天技術公司；佛羅裏達州墨爾本的L3Harris技術公司；和加州千橡市的Teledyne Scientific & Imaging。
By Ashley Balzer
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
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Claire Andreoli
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
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