美国宇航局的罗马太空望远镜将如何倒带宇宙

一项新的模拟显示了美国宇航局的南希·格雷斯·罗马太空望远镜将如何逆转宇宙时钟，在 2027 年 <> 月发射时以前所未有的方式揭示不断发展的宇宙。凭借其快速成像大片空间的能力，罗曼将帮助我们了解宇宙如何从带电粒子的原始海洋转变为我们今天看到的巨大宇宙结构的错综复杂的网络。

“哈勃和詹姆斯韦伯太空望远镜经过优化，可以深入和近距离研究天体，所以它们就像通过针孔观察宇宙，”美国宇航局戈达德太空飞行中心的博士后研究员Aaron Yung说。“为了解决最大规模的宇宙之谜，我们需要一个可以提供更大视野的太空望远镜。这正是罗曼的设计目的。

将罗曼的大视野与哈勃望远镜更宽的波长覆盖范围和韦伯更详细的观测相结合，将提供更全面的宇宙视图。

模拟覆盖了两平方度的天空，相当于满月视大小的10倍左右，包含超过5万个星系。它基于一个经过充分测试的星系形成模型，该模型代表了我们目前对宇宙如何运作的理解。使用一种极其有效的技术，该团队可以在不到一天的时间内模拟数千万个星系 - 使用传统方法可能需要数年时间。

当Roman发射并开始提供真实数据时，科学家可以将其与一系列此类模拟进行比较，对他们的模型进行终极测试。这将有助于解开星系形成物理学，暗物质 - 一种仅通过其引力效应观察到的神秘物质 - 等等。

一篇描述结果的论文于 2022 年 <> 月发表在《皇家天文学会月刊》上。

揭开宇宙之网

星系和星系团沿着看不见的暗物质线在可观测宇宙大小的挂毯上成团发光。通过对挂毯足够广泛的观察，我们可以看到宇宙的大尺度结构是网状的，其链条延伸了数亿光年。星系主要存在于细丝的交叉点，在所有闪亮的链之间都有巨大的“宇宙空隙”。

这就是宇宙现在的样子。但是，如果我们能倒带宇宙，我们会看到一些非常不同的东西。

而不是稀疏地散布在星系中的巨大，炽热的恒星，每个星系相隔更远的距离，我们会发现自己淹没在等离子体(带电粒子)的海洋中。这种原始汤几乎完全均匀，但对我们来说幸运的是，有小结。由于这些团块比周围环境密度略大，因此它们的引力略大。

数亿年来，这些团块吸收了越来越多的物质。它们变得足够大，可以形成恒星，这些恒星被引力吸引到形成宇宙无形支柱的暗物质。星系诞生并继续演化，最终出现了像我们这样的行星系统。

罗曼的全景将帮助我们看到宇宙在不同阶段的样子，并填补我们理解中的许多空白。例如，虽然天文学家发现了包裹星系的暗物质的“光晕”，但他们不确定它们是如何形成的。通过观察暗物质引起的引力透镜如何扭曲更远物体的外观，罗曼将帮助我们了解光晕如何在宇宙时间内发展。

“像这样的模拟对于将罗马前所未有的大型星系调查与看不见的暗物质脚手架联系起来至关重要，暗物质决定这些星系的分布，”戈达德的天体物理学家Sangeeta Malhotra说。

纵观全局

用其他太空望远镜研究如此巨大的宇宙结构是不切实际的，因为需要数百年的观测才能将足够的图像拼接在一起才能看到它们。

“罗曼将具有匹配哈勃超深场深度的独特能力，但覆盖的天空面积是CANDELS调查等广泛调查的几倍，”Yung说。“对早期宇宙的如此全面的看法将有助于我们理解哈勃和韦伯的快照对当时的代表性。

罗曼的广阔视野也将作为哈勃和韦伯可以用来放大有趣区域的路线图。

罗曼的天体测量将能够比哈勃望远镜快一千倍地绘制宇宙地图。由于天文台的刚性结构，快速的回转速度和望远镜的大视野，这是可能的。罗曼将迅速从一个宇宙目标移动到下一个宇宙目标。一旦获得新目标，振动将迅速稳定下来，因为像太阳能电池阵列这样的潜在摇摆结构被固定到位。

“罗曼每年将拍摄大约100万张照片，”戈达德的研究天体物理学家杰弗里克鲁克说。“鉴于罗曼的视野更大，即使是像哈勃或韦伯这样强大的望远镜才能覆盖尽可能多的天空，也需要比我们一生更长的时间。

通过提供宇宙生态系统的巨大，清晰的视图，并与哈勃和韦伯等天文台合作，罗曼将帮助我们解决天体物理学中一些最深刻的谜团。

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