NASA的罗曼和ESA的欧几里得将联手研究暗能量
以星空为背景的欧几里得和罗曼航天器的高分辨率插图。
影像来源：NASA’s Goddard Space Flight Center, ESA/ATG medialab
一台名为欧几里得的新太空望远镜将于7月发射，该望远镜是欧洲航天局（ESA）的一项任务，NASA为其做出了重要贡献，旨在探索宇宙膨胀加速的原因。科学家们将这种宇宙加速的未知原因称为“暗能量”。到2027年5月，NASA的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜将与欧几里得一起，以前所未有的方式探索这个谜题。
“在被发现25年后，宇宙的加速膨胀仍然是天体物理学中最紧迫的谜团之一。”NASA南加州喷气推进实验室的高级研究科学家杰森·罗兹说。罗兹是罗曼的副项目科学家，也是欧几里德的美国科学负责人。“通过这些即将到来的望远镜，我们将以不同的方式测量暗能量，并且比以前更精确，开辟了探索这一奥秘的新时代。”
科学家们不确定宇宙的加速膨胀是由额外的能量成分引起，还是表明我们对引力的理解需要以某种方式改变。天文学家将使用罗曼和欧几里得同时测试这两种理论，科学家预计这两项任务将揭示关于宇宙基本运作的重要信息。
欧几里得和罗曼都是为了研究宇宙加速而设计，但采用了不同的互补策略。这两项任务都将绘制宇宙的三维地图，以回答有关宇宙历史和结构的基本问题。他们联合起来将比单独行动强大得多。
欧几里得将在红外和光学波长的光中观察到更大的天空区域——约15,000平方度，约为天空的三分之一，但细节不如罗曼。它将回溯到100亿年前宇宙大约30亿岁的时候。
罗曼最大的核心调查将能够探测到更深更精确的宇宙，但覆盖的区域更小——大约2,000平方度，约为天空的二十分之一。它的红外图像将揭示20亿年前的宇宙，揭示更多较暗的星系。虽然欧几里德将专注于宇宙学，但罗曼也将调查附近的星系，在我们的星系中寻找和调查行星，研究太阳系外围的物体，等等。
这张信息图比较了ESA的欧几里得望远镜和NASA罗曼望远镜的许多关键元素。两者将以互补的方式工作，揭示宇宙中一些最神秘的组成部分。
影像来源：NASA
暗能量搜寻
宇宙自诞生以来一直在膨胀——这是比利时天文学家乔治·勒梅特在1927年和埃德温·哈勃在1929年发现的事实。但是科学家预计，宇宙物质的引力会逐渐减缓这种膨胀。在20世纪90年代，通过观察一种特殊的超新星，科学家发现大约60亿年前，暗能量开始对宇宙产生越来越大的影响，没有人知道它是如何或为什么产生。它在加速膨胀的事实意味着我们对宇宙的描述缺少了一些基本的东西。
罗曼和欧几里得将分别提供令人信服的新数据流，以填补我们理解上的空白。他们将尝试用几种不同的方法来确定宇宙膨胀加速的原因。
首先，罗曼和欧几里得都将使用一种叫做弱引力透镜的技术来研究物质的积累。这种光弯曲现象的发生是因为任何有质量的东西都会扭曲时空结构；质量越大，扭曲就越大。光通过这些扭曲产生的遥远光源的图像看起来也扭曲了。当那些较近的“透镜”物体是大质量星系或星系团时，背景源可能会出现模糊或形成多个图像。
不太集中的质量，如暗物质团块，可以创造出更微妙的效果。通过研究这些较小的扭曲，罗曼和欧几里得将各自创建一个三维暗物质地图。这将为宇宙加速提供线索，因为暗物质的引力作用就像宇宙胶水一样把星系和星系团粘在一起，抵消了宇宙的膨胀。在宇宙时间内统计宇宙暗物质将有助于科学家更好地理解宇宙加速中的推拉效应。
这两项任务还将研究星系在不同宇宙时代聚集的方式。科学家通过对附近宇宙的测量发现了星系聚集的一种模式。对于今天的任何星系来说，我们在5亿光年处发现另一个星系的可能性是在更近或更远的地方发现另一个星系的可能性的两倍。
由于空间的膨胀，这个距离随着时间的推移而增加。通过观察更远的宇宙，到更早的宇宙时期，天文学家可以研究不同时代星系之间的首选距离。观察它的变化将揭示宇宙膨胀的历史。观察星系团是如何随时间变化，也将使对引力的精确测试成为可能。这将帮助天文学家区分未知的能量成分和各种修正的引力理论来解释宇宙加速。
罗曼将进行额外的调查，以发现许多遥远的Ia型超新星——一种特殊类型的爆炸恒星。这些爆炸以相似的内在亮度达到峰值。正因为如此，天文学家可以通过简单地测量超新星的亮度来确定它们的距离。
天文学家将利用罗曼来研究这些超新星发出的光，看看它们远离我们的速度有多快。通过比较它们在不同距离后退的速度，科学家将追踪宇宙随时间的膨胀。这将帮助我们更好地了解暗能量是否以及如何在整个宇宙历史中发生变化。
一对强大的搭档
这两个任务的调查将会重叠，欧几里德可能会观察罗曼将扫描的整个区域。这意味着科学家将能够使用罗曼更敏感和精确的数据对欧几里德的数据进行校正，并将校正扩展到欧几里德更大的区域。
NASA喷气推进实验室欧几里得项目科学家迈克·塞弗特说:“欧几里得对广阔天空的首次观测将为罗曼号更深入的探测提供科学、分析和调查方法。”
“欧几里得和罗曼的总和将远远超过它们各自部分的总和。”加州帕萨迪纳加州理工学院/IPAC的高级研究科学家王云说，他领导了欧几里得和罗曼的星系群集科学团队。“结合他们的观察结果将使天文学家更好地了解宇宙中实际发生的事情。”
NASA支持的三个科学团队正在为欧几里得任务做出贡献。除了设计和制造欧几里得的近红外光谱仪和光度计（NISP）仪器传感器芯片电子产品外，JPL还领导了NISP探测器的采购和交付。这些探测器在NASA戈达德太空飞行中心进行了测试。加州理工学院IPAC的欧几里得NASA科学中心（ENSCI）将使用欧几里得数据支持美国的研究。
有关欧几里得的更多信息，请访问：
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid/
南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜由NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心管理，参与的有NASA喷气推进实验室、南加州的加州理工学院/IPAC、巴尔的摩的太空望远镜科学研究所，以及一个由来自不同研究机构的科学家组成的科学团队。主要工业合作伙伴是科罗拉多州博尔德市的Ball Aerospace and Technologies Corporation；佛罗里达州墨尔本的L3Harris Technologies；以及加州千橡市的Teledyne Scientific & Imaging。
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