Il telescopio spaziale romano Nancy Grace della NASA sarà in grado di esplorare ancora più questioni cosmiche, grazie a un nuovo filtro nel vicino infrarosso. L'aggiornamento consentirà all'osservatorio di vedere lunghezze d'onda della luce più lunghe, aprendo nuove entusiasmanti opportunità di scoperte dai confini del nostro sistema solare fino ai confini più remoti dello spazio.

"È incredibile che possiamo apportare un cambiamento di tale impatto alla missione dopo che tutti i componenti primari hanno già superato le loro revisioni critiche di progettazione, " ha detto Julie McEnery, lo scienziato senior del progetto del telescopio spaziale romano presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Utilizzando il nuovo filtro, saremo in grado di vedere l'intera gamma di infrarossi che il telescopio è in grado di visualizzare, quindi stiamo massimizzando la scienza che Roman può fare".

Con il nuovo filtro, La copertura della lunghezza d'onda della luce visibile e infrarossa di Roman si estenderà da 0,5 a 2,3 micron, un aumento del 20% rispetto al progetto originale della missione. Questa gamma consentirà anche una maggiore collaborazione con gli altri grandi osservatori della NASA, ognuno dei quali ha il suo modo di vedere il cosmo. Il telescopio spaziale Hubble può vedere da 0,2 a 1,7 micron, che gli permette di osservare l'universo nella luce ultravioletta fino al vicino infrarosso. Il telescopio spaziale James Webb, lancio in ottobre, vedrà da 0,6 a 28 micron, permettendogli di vedere nel vicino infrarosso, medio infrarosso, e una piccola quantità di luce visibile. La migliore gamma di lunghezze d'onda di Roman, insieme al suo campo visivo molto più ampio, rivelerà obiettivi più interessanti per Hubble e Webb da seguire per osservazioni dettagliate.

Espandere le capacità di Roman per includere gran parte della banda K del vicino infrarosso, che si estende da 2,0 a 2,4 micron, ci aiuterà a scrutare più lontano nello spazio, sondare più a fondo nelle regioni polverose, e visualizzare più tipi di oggetti. Le ampie indagini cosmiche di Roman sveleranno innumerevoli corpi celesti e fenomeni che altrimenti sarebbero difficili o impossibili da trovare.

"Un cambiamento apparentemente piccolo nella gamma di lunghezze d'onda ha un effetto enorme, " disse George Helou, direttore dell'IPAC al Caltech di Pasadena, California, e uno dei sostenitori della modifica. "Roman vedrà cose che sono 100 volte più deboli di quelle che possono vedere i migliori sondaggi in banda K a terra a causa dei vantaggi dello spazio per l'astronomia a infrarossi. È impossibile predire tutti i misteri che Roman aiuterà a risolvere usando questo filtro".

Tesori nel nostro cortile cosmico

Sebbene la missione sia ottimizzata per esplorare l'energia oscura e gli esopianeti, pianeti oltre il nostro sistema solare, il suo enorme campo visivo catturerà anche altre meraviglie cosmiche.

Roman eccellerà nel rilevare la miriade di piccoli, corpi oscuri situati alla periferia del nostro sistema solare, oltre l'orbita di Nettuno. Usando la sua visione migliorata, la missione sarà ora in grado di cercare questi corpi per il ghiaccio d'acqua.

Questa regione, nota come cintura di Kuiper, contiene i resti di un disco primordiale di corpi ghiacciati che sono stati lasciati dalla formazione del sistema solare. Molti di questi fossili cosmici sono in gran parte immutati da quando si sono formati miliardi di anni fa. Studiarli fornisce una finestra sui primi giorni del sistema solare.

La maggior parte degli abitanti originari della cintura di Kuiper non ci sono più. Molti sono stati lanciati nello spazio interstellare mentre il sistema solare prendeva forma. Altri furono infine inviati verso il sistema solare interno, diventando comete. Occasionalmente i loro nuovi percorsi incrociavano l'orbita terrestre.

Gli scienziati pensano che gli impatti di antiche comete abbiano portato almeno parte dell'acqua terrestre, ma non sono sicuri di quanto. Un censimento del ghiaccio d'acqua sui corpi nel sistema solare esterno potrebbe offrire indizi preziosi.

Sollevando veli di polvere

Anche se è un po' controintuitivo, la nostra galassia della Via Lattea può essere una delle galassie più difficili da studiare. Quando scrutiamo attraverso il piano della Via Lattea, molti oggetti sono nascosti alla vista da nuvole di polvere e gas che si spostano tra le stelle.

La polvere disperde e assorbe la luce visibile perché le particelle hanno le stesse dimensioni o addirittura più grandi della lunghezza d'onda della luce. Poiché la luce infrarossa viaggia in onde più lunghe, può passare più facilmente attraverso nuvole di polvere.

La visualizzazione dello spazio alla luce infrarossa consente agli astronomi di perforare regioni nebbiose, rivelando cose che altrimenti non sarebbero in grado di vedere. Con il nuovo filtro di Roman, l'osservatorio sarà ora in grado di scrutare attraverso nuvole di polvere fino a tre volte più spesse di quanto avrebbe potuto come originariamente progettato, che ci aiuterà a studiare la struttura della Via Lattea.

La missione individuerà le stelle che si trovano dentro e oltre l'hub centrale della nostra galassia, che è densamente pieno di stelle e detriti. Stimando quanto sono lontane le stelle, gli scienziati saranno in grado di ricostruire un quadro migliore della nostra galassia natale.

La visione ampliata di Roman ci aiuterà anche a imparare ancora di più sulle nane brune, oggetti che non sono abbastanza massicci da subire la fusione nucleare nei loro nuclei come le stelle. La missione troverà queste "stelle fallite" vicino al cuore della galassia, dove si verificano più spesso eventi catastrofici come le supernovae.

Gli astronomi pensano che questa posizione possa influenzare il modo in cui si formano stelle e pianeti poiché le stelle che esplodono seminano l'ambiente circostante con nuovi elementi quando muoiono. Utilizzando il nuovo filtro, la missione sarà in grado di caratterizzare le nane brune sondandone la composizione. Questo potrebbe aiutarci a identificare le differenze tra gli oggetti vicino al cuore della galassia e nei bracci a spirale.

Guardando attraverso la distesa dello spazio

Se vogliamo vedere gli oggetti più remoti nello spazio, abbiamo bisogno di un telescopio a infrarossi. Mentre la luce viaggia attraverso l'universo in espansione, si estende a lunghezze d'onda maggiori. Più a lungo viaggia prima di raggiungerci, più estese diventano le sue lunghezze d'onda. La luce UV si estende alle lunghezze d'onda della luce visibile, e quindi la luce visibile si estende all'infrarosso.

Estendendo ulteriormente la visuale di Roman nell'infrarosso, la missione sarà in grado di vedere indietro a quando l'universo aveva meno di 300 milioni di anni, o circa il 2% della sua età attuale di 13,8 miliardi di anni. Esplorare regioni dello spazio così distanti potrebbe aiutarci a capire quando hanno iniziato a formarsi le stelle e le galassie.

L'origine delle galassie è ancora un mistero perché i primi oggetti che si sono formati sono estremamente deboli e si sono sparsi nel cielo. Il nuovo filtro di Roman, insieme all'ampio campo visivo del telescopio e alla sua fotocamera sensibile, potrebbe aiutarci a trovare abbastanza galassie di prima generazione per comprendere la popolazione nel suo insieme. Quindi gli astronomi possono selezionare obiettivi primari per missioni come il James Webb Space Telescope per ingrandire per osservazioni di follow-up più dettagliate.

Il nuovo filtro potrebbe anche fornire un altro modo per definire la costante di Hubble, un numero che descrive la velocità di espansione dell'universo. Recentemente ha suscitato un dibattito tra gli astronomi perché sono emersi risultati diversi su misurazioni diverse.

Gli astronomi usano spesso un certo tipo di stelle chiamate variabili Cefeidi per aiutare a determinare il tasso di espansione. Queste stelle si illuminano e si attenuano periodicamente, e nei primi anni del 1900 l'astronoma americana Henrietta Leavitt notò una relazione tra la luminosità di una Cefeide, cioè, la sua luminosità intrinseca media e la lunghezza del ciclo.

Quando gli astronomi rilevano le Cefeidi in galassie remote, possono determinare distanze accurate confrontando l'effettivo, luminosità intrinseca delle stelle alla loro luminosità apparente dalla Terra. Quindi gli astronomi possono misurare la velocità di espansione dell'universo osservando la velocità con cui si allontanano le galassie a distanze diverse.

Un altro tipo di stella, chiamate variabili RR Lyrae, hanno una relazione simile tra la loro luminosità effettiva e il tempo necessario per schiarire, debole, e illumina di nuovo. Sono più deboli delle Cefeidi, e il loro rapporto periodo-luminosità non può essere facilmente determinato nella maggior parte delle lunghezze d'onda della luce, ma Roman potrà studiarli utilizzando il suo nuovo filtro. L'osservazione delle stelle RR Lyrae e Cefeidi alla luce infrarossa per determinare le distanze da altre galassie può aiutare a chiarire le discrepanze recentemente rivelate nelle nostre misurazioni del tasso di espansione dell'universo.

"Migliorare ulteriormente la visione di Roman nell'infrarosso fornisce agli astronomi un nuovo potente strumento per esplorare il nostro universo, " ha detto McEnery. "Utilizzando il nuovo filtro faremo scoperte su una vasta area, da galassie lontane fino al nostro vicinato".