Das neue Nancy Grace Roman-Weltraumteleskop der NASA soll die beschleunigte Expansion des Universums messen!

Astronomen, die die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Universums erforschen, bereiten sich darauf vor, dieses Rätsel mit Hilfe des Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA auf eine neue Weise zu untersuchen.

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Das Wide-field Infrared Survey Telescope (WFIRST) der NASA heißt jetzt Nancy Grace Roman Space Telescope, zu Ehren der ersten Chef-Astronomin der NASA. Kredit: NASA

Mit einem Panoramablick, der 200-mal größer ist als der des Hubble-Weltraumteleskops, wird die riesige Menge an Daten, die das künftige Nancy Grace Roman Space Telescope erfasst, die Landschaft der Astronomie verändern.

Astronomen, die an der Erforschung einer Vielzahl von Themen interessiert sind, darunter das Geheimnis der dunklen Energie und die Beschleunigung des Universums, bereiten sich darauf vor, diese Datenflut besser zu nutzen, wenn sie kurz nach dem Start des Teleskops die Erde erreicht.

Ein Team konzentriert sich auf die Suche nach Supernovae mit Gravitationslinsen, die in einer einzigartigen Methode zur Messung der Expansionsrate des Universums verwendet werden können. Die Untersuchung dieser schwer fassbaren Supernovae könnte ein enormes Potenzial für die Zukunft der Kosmologie haben, heißt es.

Nach dem Start im Mai 2027 werden die Astronomen die weiten Bildstreifen des Teleskops auf gravitativ gelenkte Supernovae untersuchen, die zur Messung der Expansionsrate des Universums verwendet werden können.

Wie wird die Expansionsrate gemessen?

Es gibt mehrere unabhängige Methoden, mit denen Astronomen die aktuelle Expansionsrate des Universums, die sogenannte Hubble-Konstante, messen können. Verschiedene Verfahren der Allgemeinen Relativitätstheorie haben unterschiedliche Werte für diese Konstante ergeben.

    Ein Großteil der kosmologischen Forschung am römischen Teleskop wird sich auf die schwer fassbare dunkle Energie konzentrieren, die die Art und Weise beeinflusst, wie sich das Universum mit der Zeit ausdehnt.

    Ein Hauptwerkzeug für diese Untersuchungen ist eine eher traditionelle Methode, die die intrinsische Helligkeit von Objekten wie Supernovae vom Typ Ia mit ihrer wahrgenommenen Helligkeit vergleicht, um Entfernungen zu bestimmen.

    Alternativ könnten die Astronomen dieses neue Teleskop zur Untersuchung von Supernovae mit Gravitationslinsen nutzen. Dies ist eine der traditionellen Methoden, da sie auf geometrischen Methoden und nicht auf der Helligkeit basiert.

    Gravitationslinsen

    Mithilfe mehrerer Observatorien wie dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA und dem James-Webb-Weltraumteleskop haben Astronomen nur acht gravitativ gelenkte Supernovae im Universum entdeckt.

    Allerdings waren nur zwei von diesen acht aufgrund der Art der Supernovae und der Dauer ihrer zeitverzögerten Bilder brauchbare Kandidaten für die Messung der Hubble-Konstante.

    Die starke Schwerkraft einer Galaxie, die in einen massiven Galaxienhaufen eingebettet ist, erzeugt mehrere Bilder einer einzigen, weit entfernten Supernova weit dahinter. Kredit: NASA/ESA

    Gravitationslinseneffekte treten auf, wenn das Licht eines Objekts, z. B. einer Sternexplosion, auf seinem Weg zur Erde durch eine Galaxie oder einen Galaxienhaufen geht und durch das immense Gravitationsfeld abgelenkt wird. Das Licht teilt sich in verschiedene Bahnen auf und bildet mehrere Bilder der Supernova am Himmel, wie wir sie sehen.

    Je nach den Unterschieden zwischen den Flugbahnen sind die Supernova-Bilder um Stunden, Monate oder sogar Jahre verzögert. Die genaue Messung dieser Unterschiede in den Ankunftszeiten zwischen mehreren Bildern führt zu einer Kombination von Entfernungen, die die Hubble-Konstante einschränken.

    Die Suche nach der Nadel im Heuhaufen

    Romans umfangreiche Durchmusterungen werden das Universum viel schneller abbilden können als Hubble und mehr als das 100-fache der Fläche von Hubble in einem einzigen Bild erfassen.

    Anstatt mehrere Fotos von Bäumen zu sammeln, können wir mit diesem neuen Teleskop den ganzen Wald in einem einzigen Schnappschuss sehen, erklärte Pierel de STScI, Strolgers Co-Direktor des Programms.

    Insbesondere wird der High Latitude Time Domain Survey denselben Himmelsbereich wiederholt beobachten, sodass die Astronomen Ziele untersuchen können, die sich im Laufe der Zeit verändern. Das bedeutet, dass eine außerordentliche Menge an Daten (mehr als 5 Milliarden Pixel auf einmal) zur Verfügung stehen wird, die untersucht werden müssen, um diese seltenen Ereignisse zu finden.

    Zweifellos muss das volle Potenzial der gravitationsgelenkten Supernovae ausgeschöpft werden, denn sie sind im Universum so selten, dass es auf ein hohes Maß an Vorbereitung ankommt, und die Astronomen wollen alle Instrumente haben, um diese Supernovae frühzeitig zu finden, damit sie keine Zeit mit dem Durchsuchen von Terabytes an Daten verlieren, wenn sie eintreffen.

    Modernste Technologie

    Das Projekt wird von einem Team von Forschern mehrerer NASA-Zentren und Universitäten aus dem ganzen Land durchgeführt. Die Vorbereitung erfolgt in mehreren Schritten, wobei Datenreduktionskanäle geschaffen werden, die dazu dienen, Supernovae mit Gravitationslinsen in den empfangenen Bildern automatisch zu erkennen.

    Um diese Kanäle zu trainieren, werden die Forscher auch simulierte Bilder erstellen: 50.000 simulierte Linsen werden benötigt und derzeit sind nur 10.000 echte Linsen bekannt.

    Roman ist die erste Gelegenheit, eine Standardprobe gravitativ gelinsener Supernovae zu erstellen. Die Vorbereitungen werden nun alle notwendigen Komponenten hervorbringen, um sicherzustellen, dass wir das enorme kosmologische Potenzial dieser Gebilde effektiv nutzen können.

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