Die Model des Hubble Deep Subject des römischen Weltraumteleskops wird einen 100-mal größeren Bereich des Himmels abdecken

Erinnerst du dich an das Hubble Deep Field? Und sein Nachfolger das Hubble Ultra Deep Field? Das machen wir hier bei Universe Today. Wie könnten wir sie vergessen?

Genau wie das Hubble-Weltraumteleskop Nachfolger hat, tun dies auch zwei seiner berühmtesten Bilder. Und diese Nachfolger werden von einem der Nachfolger von Hubble stammen, dem römischen Weltraumteleskop der NASA.

Das Hubble Deep Field und das Ultra Deep Field zeigten einer Generation von Menschen, wie expansiv und wundersam das Universum ist. Sie zeigten, dass selbst leer aussehende Himmelsflecken tatsächlich voller Galaxien sind. Alle Größen, Formen und Alter von Galaxien.

Und das römische Weltraumteleskop – auch Nancy Grace Roman Space Telescope genannt – (und früher WFIRST genannt) wird diese Bilder mit eigenen Bildern übertreffen. Und sie könnten 100 Hubble Ultra-Deep Fields gleichzeitig entsprechen. Der Verstand ist gleich geblasen, wie die Kinder sagen.

Dies ist die ursprüngliche NASA-Version des Hubble Ultra Deep Field. Unter allen Galaxien im Bild befinden sich etwa 10.000 der am weitesten entfernten Galaxien. Sie sind die kleinsten und rotesten und existierten nicht lange nach dem Urknall. Bildnachweis: Von der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation. Bearbeitet von Noodle-Snacks – http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2004/07/image/a/warn/, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid = 5276968

Das römische Weltraumteleskop soll 2025 auf einer fünfjährigen Mission starten. Es wird aktuelle Forschung zu einigen der zwingenden Fragen rund um Kosmologie und Exoplaneten durchführen. Um dies zu erreichen, hat es eine ernsthafte Beobachtungsgabe.

Sein Hauptspiegel hat einen Durchmesser von 2,4 m (7 ft 10 in) und entspricht der Größe des Hubble. Der erste Arbeitsname des römischen Teleskops war WFIRST, was für Wide-Field Infrared Survey Telescope steht. Der Wide-Field-Teil seines Namens bedeutet, dass er einen Bereich des Himmels abbilden kann, der viel breiter ist als Hubble. Bis zu 100-mal breiter oder mehr.

Die Zeit mit dem Römer zu beobachten wird sehr begehrt sein. Ein großer Teil dieser Zeit wird mit umfangreichen Vermessungen in Anspruch genommen, die große Teile des Himmels abdecken. Aber ein Teil der Zeit steht zur Verfügung und wird jedem zur Verfügung gestellt, der einen großartigen Beobachtungsvorschlag zusammenstellt. Nach Ansicht einiger Mitglieder der Astronomie sollte eine römische Ultra-Deep-Field-Beobachtung wie das Hubble-Ultra-Deep-Field Priorität haben und könnte viele Vorteile bieten.

Ein Beispiel dafür, wie das römische Ultra Deep Field im Vergleich zum Hubble aussehen würde. Bildnachweis: NASA, ESA und A. Koekemoer (STScI)
Bestätigung: Digitalisierte Himmelsvermessung

Anton Koekemoer ist Forschungsastrophysiker beim Hubble-Weltraumteleskop am Space Telescope Science Institute. Auf dem 237. Treffen der American Astronomical Society stellte er die Idee für ein römisches Ultra Deep Field vor. Seine Idee wird derzeit von Astronomen aus mehr als 30 Institutionen unterstützt.

In einer Pressemitteilung sprach sich Koekemoer für das Projekt aus. „Als gemeinschaftswissenschaftliches Konzept könnte es spannende wissenschaftliche Ergebnisse aus extrem tiefen Feldbeobachtungen von Roman geben. Wir möchten die astronomische Gemeinschaft dazu bewegen, darüber nachzudenken, wie sie die Fähigkeiten von Roman nutzen können “, sagte er.

Dies ist ein Bild der Andromeda-Galaxie. Es stammt aus einem der größten Hubble-Programme, die jemals durchgeführt wurden, dem Panchromatic Hubble Andromeda Treasury-Programm. Um dies zu erreichen, nahmen Astronomen 400 verschiedene Punkte mit Hubble (blaues Quadrat) und verbanden sie, um ein Weitfeldmosaik zu erstellen. Das Bild ist jetzt der Goldstandard für das Verständnis der detaillierten Zusammensetzung von Galaxien wie der Milchstraße. Der rote Umriss zeigt den enormen Fußabdruck von Roman, der diesem Hubble-Mosaik überlagert ist. Es wären nur zwei römische Punkte erforderlich, um die gesamte von Hubble in diesem Mosaik erkundete Region mit derselben Tiefe und Bildschärfe abzudecken. Bildnachweis: NASA und STScI

Hubble nutzte ungefähr hundert Stunden seiner begehrten Beobachtungszeit, um sein Ultra Deep Field zu sammeln. Es würde ungefähr genauso lange dauern, bis das römische Weltraumteleskop ein ähnliches Bild aufgenommen hätte. Aber während Hubbles Bild Tausende von Galaxien enthielt, würde das römische Teleskop Millionen von ihnen enthalten. Wer kann genau vorhersagen, welche neuen Wissenschaften und Entdeckungen sich aus den Bemühungen ergeben würden?

In diesen Millionen von Galaxien wären einige der ältesten, die jemals abgebildet wurden. Während das tiefe Bild des Hubble nur eine Handvoll dieser schwer fassbaren Ziele enthielt, könnte das tiefe Bild von Roman Hunderte von ihnen enthalten, möglicherweise sogar Tausende. Das wäre ein enormer Schub für unser Studium des frühen Universums. Es könnte Astronomen ermöglichen, zu untersuchen, wie diese alten Galaxien gruppiert sind, wie alt sie sind und wie sich ihre Sterne gebildet haben.

Dieses verkleinerte Video beginnt mit dem Hubble Ultra Deep Field und zoomt heraus, um das Sichtfeld des römischen Weltraumteleskops zu zeigen.

Darüber hinaus würde das römische Teleskop mit anderen leistungsstarken Teleskopen zusammenarbeiten, was unser Verständnis nur noch weiter verbessern kann.

“Roman würde auch starke Synergien mit aktuellen und zukünftigen Teleskopen am Boden und im Weltraum erzielen, einschließlich des James Webb-Weltraumteleskops der NASA und anderer”, sagte Koekemoer.

Wenn Teleskope immer leistungsfähiger werden, erzeugen sie größere Mengen detaillierter Daten. Aber all diese Daten müssen richtig gehandhabt werden, und es gibt einfach zu viel davon, als dass Astronomen es selbst verwalten könnten. Das römische Weltraumteleskop wird eine enorme Datenmenge erzeugen, und Wissenschaftler entwickeln Wege, um damit umzugehen.

Das meiste davon dreht sich um maschinelles Lernen und KI.

Wenn irgendwann in diesem Jahr ein weiteres supermächtiges Teleskop, das Vera C. Rubin-Observatorium, online geht, wird es eine fast überwältigende Menge an Beobachtungsdaten generieren. Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat sich Jahre im Voraus auf diesen massiven Datenfluss vorbereitet. Das Rubin-Observatorium verfügt über eine spezielle Infrastruktur, um alles zu erledigen. Die Northwestern University hat sogar ein neues Programm implementiert, um junge Datenwissenschaftler auszubilden, die sich damit befassen.

Eine Illustration des römischen Weltraumteleskops Nancy Grace. Bildnachweis: NASA

Das römische Weltraumteleskop wird auf ähnliche Datenverarbeitungsfunktionen angewiesen sein. Es wird auf maschinelles Lernen angewiesen sein, um die riesige Datenbank zu verarbeiten, die es erstellt. Wenn jedes Bild Informationen über Millionen einzelner Galaxien enthalten kann, benötigen wir Elite-Rechenleistung, um alles zu verstehen.

“Das Entdeckungspotential, das durch die riesigen Datensätze der römischen Mission ermöglicht wird, könnte zu Durchbrüchen in unserem Verständnis des Universums führen, die über das hinausgehen, was wir uns derzeit vorstellen.”

Anton Koekemoer, Forschungsastrophysiker, Hubble-Weltraumteleskop / Weltraumteleskop-Wissenschaftsinstitut.

Aber natürlich sind all diese Daten nicht nur eine lästige Pflicht, sondern eine beispiellose Gelegenheit. “Sie könnten völlig neue Fragen untersuchen, die Sie zuvor nicht beantworten konnten”, erklärte Koekemoer.

Der Datenfluss wird wahrscheinlich auch einige neue Fragen aufwerfen, mit denen niemand gerechnet hat. “Das Entdeckungspotential, das durch die riesigen Datensätze der römischen Mission ermöglicht wird, könnte zu Durchbrüchen in unserem Verständnis des Universums führen, die über das hinausgehen, was wir uns derzeit vorstellen”, fügte Koekemoer hinzu. “Das könnte das bleibende Erbe von Roman für die wissenschaftliche Gemeinschaft sein: Nicht nur bei der Beantwortung der wissenschaftlichen Fragen, die wir zu beantworten glauben, sondern auch bei neuen Fragen, an die wir noch nicht gedacht haben.”

Die Behauptungen über die Beobachtungsgabe des Römers können tatsächlich unterschätzt werden. Tatsächlich ist der Roman wie eine Kombination aus dem Hubble-Weltraumteleskop und dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Es kann nicht alles, was der Hubble tut, insbesondere wenn es um UV-Beobachtungen geht. Aber für viele der Beobachtungsprogramme, die es durchführen wird, ist der Römer buchstäblich hunderte Male mächtiger als der Hubble. Und sein riesiges Sichtfeld bringt es in eine Liga mit dem SDSS.

Die Synergie mit anderen Observatorien kann auch nicht wirklich überbewertet werden. Einige sehr seltene Galaxien werden in den massiven Datensätzen des Römers enthalten sein. Sobald sie identifiziert sind, können sie mit dem James Webb-Weltraumteleskop und seinen leistungsstarken Spektroskopie- und IR-Funktionen genauer untersucht werden.

Das römische Weltraumteleskop wird auch einige unserer leistungsstärksten und detailliertesten Simulationen des Universums testen. Astronomen und Kosmologen haben Supercomputer verwendet, um Simulationen des Universums zu erstellen, das sich im Laufe der Zeit entfaltet. Diese datenbasierten Simulationen zeigen, dass sich Galaxien zwischen etwa 800 Millionen und 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall zu gruppieren begannen, als dunkle Materie ihren Einfluss auf sie ausübte. Zu diesem Zeitpunkt nahm die großräumige Struktur des Universums Gestalt an. Der Römer wird in der Lage sein, eine große Anzahl von Galaxien aus dieser Zeit zu betrachten und sie mit Simulationen zu vergleichen.

Das Studium der Sternentstehung ist ein Forschungsgebiet, das auch die Römer beleuchten sollten. Kosmologen sprechen über die “Cosmic Dawn” und den “Cosmic Noon”, die einen Zeitraum zwischen etwa 500 Millionen Jahren und 3 Milliarden Jahren nach dem Urknall abdecken. Während dieser Zeit wurden Sterne in einem wilden Tempo geboren, viel schneller als in unserer heutigen Zeit. Wissenschaftler glauben auch, dass supermassive Schwarze Löcher (SMBHs) während dieser Zeit am aktivsten waren.

Laut Sangeeta Malhotra vom Goddard Space Flight Center der NASA, die auch Co-Ermittlerin der römischen Wissenschaftsermittlungsteams ist, wird das weite Sichtfeld von Roman einen enormen Schub für das Studium dieser Epochen darstellen.

„Weil das Sichtfeld von Roman so groß ist, wird es das Spiel verändern. Wir könnten nicht nur eine Umgebung in einem engen Sichtfeld abtasten, sondern eine Vielzahl von Umgebungen, die von Romans weit aufgerissenen Augen erfasst werden. Dies gibt uns ein besseres Gefühl dafür, wo und wann die Sternentstehung stattfand. “ Sagte Malhotra.

Der Hauptspiegel des Römers wird von der Firma L3Harris hergestellt. In diesem Bild steht Bonnie Patterson von L3Harris mit dem fertigen Primärspiegel für das römische Weltraumteleskop Nancy Grace (Bildnachweis: L3Harris)

Die Sternentstehungsraten in verschiedenen Regionen enthalten viele Informationen für Astronomen, und dies ist ein weiterer Bereich, in dem sich die Römer auszeichnen werden. “Bevölkerungsexperten könnten fragen, welche Unterschiede zwischen Menschen, die in Großstädten leben, und Menschen in Vorstädten bestehen ländliche Gebiete? In ähnlicher Weise leben die aktivsten sternbildenden Galaxien als Astronomen in sehr gruppierten Regionen oder nur an den Rändern von Clustern oder leben sie isoliert? “ Sagte Malhotra.

Das römische Weltraumteleskop wird auch die Exoplanetenforschung ankurbeln. Sein mächtiger Koronagraph wird es ihm ermöglichen, riesige Exoplaneten abzubilden und uns einige beispiellose hochauflösende Ansichten von ihnen zu geben. Es wird in der Lage sein, protoplanetare Scheiben auf die gleiche Weise zu untersuchen und uns zu helfen zu verstehen, ob es andere Sonnensysteme wie unsere gibt und wie häufig oder selten sie sind.

Der Römer wird dem JWST als unser führendes Weltraumteleskop beitreten. Es ist auch Teil einer ganzen Gruppe von Teleskopen und Observatorien, die in den nächsten Jahren online gehen und gemeinsam versprechen, die Astronomie auf eine Weise voranzutreiben, deren wir uns noch nicht sicher sind. Zu dieser Gruppe gehören das Riesen-Magellan-Teleskop, das 30-Meter-Teleskop, das Europäische Extrem-Großteleskop und andere.

Das römische Weltraumteleskop soll unser Verständnis des Universums auf vielen detaillierten, forschungsorientierten Wegen verbessern. Das ist wichtig und aufregend. Für viele Menschen sind jedoch die Ultra Deep Field-Bilder die überzeugendsten. Solche Bilder können Teil unserer sozialen Erzählung werden und die Art und Weise beeinflussen, wie auch Nichtwissenschaftler über die Erde, die Menschheit und das Universum denken. Schauen Sie sich nur die Auswirkungen an, die die Hubble-Bilder auf eine ganze Generation von Menschen hatten.

In gewisser Weise können diese tiefen, breiten Bilder des Kosmos wichtiger sein als alle rein wissenschaftlichen Fortschritte.

Das römische Weltraumteleskop Nancy Grace soll irgendwann im Jahr 2025 starten, wenn alles gut geht. Nach dem Start wird es am Sun-Earth L2-Punkt in eine Halo-Umlaufbahn gebracht. Es wird dort fünf Jahre verbringen, vielleicht mehr, um sowohl im optischen als auch im nahen Infrarot zu beobachten.

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