El telescopio espacial Roman retrocederá a los orígenes del universo

Por: Ashley Balzer, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland

Una nueva simulación muestra cómo el telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA hará retroceder el reloj cósmico cuando sea lanzado en mayo de 2027, revelando la evolución del universo de maneras que nunca antes habían sido posibles. Con su capacidad para obtener rápidamente imágenes de enormes franjas de espacio, Roman nos ayudará a comprender cómo el universo se transformó y pasó de ser un mar primigenio de partículas cargadas a la intrincada red de vastas estructuras cósmicas que vemos en la actualidad.

“Los telescopios espaciales Hubble y James Webb están optimizados para estudiar objetos astronómicos en profundidad y de cerca, por lo que son como mirar el universo a través de un pequeño agujero”, dijo Aaron Yung, becario postdoctoral del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, quien dirigió el estudio. “Para resolver los misterios cósmicos en las escalas más grandes, necesitamos un telescopio espacial que pueda mostrar una vista mucho más amplia. Eso es exactamente para lo que Roman está diseñado”.

La combinación de la gran visión de Roman con la cobertura de longitudes de onda más amplias de Hubble y las observaciones más detalladas de Webb ofrecerán una visión más completa del universo.

La simulación cubre una sección del cielo de dos grados cuadrados, lo que equivale a unas 10 veces el tamaño aparente de una luna llena y contiene más de cinco millones de galaxias. La simulación está basada en un modelo de formación de galaxias que ha sido sometido a pruebas exhaustivas y que representa nuestra comprensión actual de cómo funciona el universo. Empleando una técnica extremadamente eficiente, el equipo puede simular decenas de millones de galaxias en menos de un día, algo que podría llevar años usando métodos convencionales. Cuando Roman sea lanzado y comience a transmitir datos reales, los científicos podrán comparar esos datos con una variedad de simulaciones de este tipo, para poner a prueba sus modelos. Eso ayudará a desentrañar la física de la formación de galaxias, la materia oscura —una sustancia misteriosa observada solo mediante sus efectos gravitacionales— y mucho más.

Un artículo científico que describe estos resultado fue publicado en The Monthly Notices de la Real Sociedad Astronómica de Inglaterra en diciembre de 2022.

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Desentrañar la red cósmica

Las galaxias y los cúmulos de galaxias brillan en grupos a lo largo de hilos invisibles de materia oscura, en un tapiz del tamaño del universo observable. Con una visión lo suficientemente amplia de ese tapiz, podemos ver que la estructura a gran escala del universo es como una red, con hilos que se extienden a cientos de millones de años luz. Las galaxias se encuentran principalmente en las intersecciones de los filamentos, con vastos “vacíos cósmicos” entre todos los hilos brillantes.

Así es como se ve el cosmos ahora. Pero si pudiéramos retroceder el universo en el tiempo, veríamos algo muy diferente.

En lugar de estrellas gigantes y ardientes dispersas en galaxias separadas por distancias aún más inmensas, nos encontraríamos sumergidos en un mar de plasma (partículas cargadas). Este caldo primigenio era casi completamente uniforme pero, afortunadamente para nosotros, había pequeños “bultos”. Dado que esas acumulaciones eran ligeramente más densas que su entorno, tenían una atracción gravitacional ligeramente mayor.

Durante cientos de millones de años, las acumulaciones atrajeron cada vez más material. Fueron creciendo lo suficiente como para formar estrellas, que fueron atraídas gravitacionalmente hacia la materia oscura que forma la columna vertebral invisible del universo. Las galaxias nacieron y continuaron evolucionando, y eventualmente surgieron sistemas planetarios como el nuestro.

La visión panorámica de Roman nos ayudará a ver cómo era el universo en diferentes etapas y llenará muchas lagunas en nuestra comprensión. Por ejemplo, aunque los astrónomos han descubierto “halos” de materia oscura que envuelven las galaxias, no están seguros de cómo se formaron. Al ver cómo las lentes gravitacionales ocasionadas por la materia oscura deforman la apariencia de objetos más lejanos, Roman nos ayudará a entender cómo se desarrollaron los halos en el transcurso del tiempo cósmico.

“Simulaciones como estas serán decisivas para conectar los grandes sondeos de galaxias sin precedente que llevará a cabo el telescopio Roman con el andamiaje invisible de la materia oscura que determina la distribución de esas galaxias”, dijo Sangeeta Malhotra, astrofísica del centro Goddard y coautora del artículo científico.

Ver el panorama más completo

El estudio de estructuras cósmicas tan vastas con otros telescopios espaciales no es práctico porque se necesitarían cientos de años de observaciones para unir suficientes imágenes y poder ver esas estructuras.

“Roman tendrá la capacidad única de igualar la profundidad del campo ultraprofundo de Hubble, a la vez que cubrirá un área del cielo varias veces mayor que exploraciones amplias como el sondeo CANDELS”, dijo Yung. “Una visión tan completa del universo primitivo nos ayudará a comprender qué tan representativas son las imágenes captadas por Hubble y Webb de cómo era en ese entonces”.

La amplia visión de Roman también servirá como un mapa de ruta que Hubble y Webb podrían usar para enfocarse en áreas interesantes.

Los extensos sondeos del cielo que llevará a cabo el telescopio Roman podrán cartografiar el universo hasta mil veces más rápido que Hubble. Eso será posible debido a la estructura rígida del observatorio, su rápida velocidad de giro y el gran campo de visión del telescopio. Roman se moverá rápidamente de un objetivo cósmico al siguiente. Una vez que se adquiera un nuevo objetivo, las vibraciones cesarán rápidamente porque las estructuras potencialmente inestables, como los paneles solares, están fijas en su lugar.

“Roman tomará unas 100.000 fotografías cada año”, dijo Jeffrey Kruk, astrofísico investigador del centro Goddard. “Dado el mayor campo de visión de Roman, incluso para telescopios potentes como Hubble o Webb, tomaría más tiempo que el de nuestras vidas cubrir un área del cielo tan grande”.

Al ofrecer una vista gigantesca y nítida de los ecosistemas cósmicos y trabajando conjuntamente con observatorios como Hubble y Webb, Roman nos ayudará a resolver algunos de los misterios más profundos de la astrofísica.

El telescopio espacial Nancy Grace Roman es administrado en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, con la participación del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) de la NASA y Caltech/IPAC en el sur de California, el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore y un equipo científico integrado por científicos de diversas instituciones de investigación. Los principales socios industriales son Ball Aerospace and Technologies Corporation en Boulder, Colorado; L3Harris Technologies en Melbourne, Florida; y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California.