NASA的罗曼太空望远镜将如何记录活跃的宇宙
该动画显示了NASA的南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜的高纬度时域勘测平铺模式的可能布局。该观测计划将由一个集体过程设计，但预计它将覆盖5平方度——相当于25个满月大小的天空区域——并深入太空，追溯到宇宙大约5亿岁的时候，不到目前138亿岁年龄的4%。
影像来源：NASA’s Goddard Space Flight Center
NASA的南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜将把基于太空的观测与广阔的视野相结合，以前所未有的方式揭示动态的宇宙。
“罗曼将与詹姆斯·韦伯太空望远镜和钱德拉X射线天文台等NASA天文台合作，这些天文台的设计目的是在发现罕见的瞬变物体后放大它们，但很少发现它们。”位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的高级项目科学家朱莉·麦克纳里说。“罗曼更大的视野将揭示许多以前未知的天体。由于我们以前从未有过这样的天文台扫描宇宙，我们甚至可以发现全新的天体和事件类别。”
该任务的高纬度时域勘测经过精心设计，旨在发现一种特殊类型的爆炸恒星，天文学家可以用它来跟踪宇宙的演化，并探索其加速膨胀的可能解释。由于这项调查将重复观察同一大片太空，科学家们也将看到零星的事件，如恒星尸体碰撞和恒星被卷入黑洞。
这项调查将在两年的时间里，大约每五天观测一次我们银河系以外的天空。将这些观测结果像定格动画一样拼接在一起，将创造出揭示大量瞬变事件的电影。
NASA即将发射的南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜将在广阔的时间和空间范围内观测数千颗被称为超新星的爆炸恒星。其中一种被称为Ia型，作为“标准蜡烛”，因为它们的峰值亮度大致相同。科学家们可以用它们来测量距离，追踪宇宙随时间的膨胀，为了解宇宙遥远的过去提供了一扇窗口。
影像来源：NASA’s Goddard Space Flight Center/CI Lab
后退的恒星火花
天文学家将在所有这些数据中寻找一种叫做Ia型超新星的特殊爆炸恒星。这些现象起源于某些包含至少一颗白矮星的双星系统，白矮星是类太阳恒星的小而热的核心残骸。在某些情况下，矮星可能会从它的伴星那里吸取物质。这会引发失控的核反应，最终导致物质吸取。天文学家还发现了支持另一种情况的证据，两颗白矮星相互旋转，直到合并。如果它们的总质量足够高，它们也可能产生Ia型超新星。
由于这些爆炸每个峰值都以类似的已知固有亮度出现，天文学家可以通过简单地测量它们看起来有多亮来确定它们离我们有多远。天文学家将使用罗曼来研究这些超新星的光谱，以找出它们由于太空膨胀而离我们远去的速度。
通过比较不同距离的Ia型超新星后退的速度，科学家们将追踪宇宙随着时间的推移而膨胀的轨迹。这将帮助我们了解暗能量——被认为加速宇宙膨胀的无法解释的压力——是否以及如何随着时间而变化。使用这些和其他罗曼测量也应该有助于清理哈勃常数的不匹配测量，哈勃常数是宇宙当前的膨胀率。
“罗曼将为我们的宇宙过去和现在描绘一幅更生动的画面，为我们提供关于其可能命运的新线索。”马里兰州大学、巴尔的摩县和戈达德的研究科学家丽贝卡·胡塞尔说。“它的发现可能会重塑我们对宇宙的理解。”
这张NGC 2525星系中超新星2018gv的延时照片将NASA哈勃太空望远镜近一年的观测结果压缩到了几秒钟。这颗超新星最初比银河系中最亮的恒星还要亮，然后逐渐变暗。NASA目前正在建造的南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜可以从头到尾拍摄到这些事件，并提醒其他望远镜，如哈勃和詹姆斯·韦伯太空望远镜，进行更详细的观测。
影像来源：NASA, ESA, and A. Riess (STScI/JHU) and the SH0ES team; 致谢：M. Zamani (ESA/Hubble)
转瞬即逝的宇宙奇观
由于这个调查将观察宇宙的方式，它也将发现其他罕见的现象。通过罗曼，我们将见证中子星合并时形成的新黑洞的诞生，中子星是爆炸恒星的核心，其质量不足以坍缩形成黑洞。这些巨大的事件在时空结构中产生涟漪和灿烂的千新星爆炸。
该任务还有望揭示几十个潮汐中断事件，当一颗恒星因太靠近黑洞而被黑洞的极端引力撕碎时，就会发生潮汐中断事件。恒星碎片在向黑洞加速的过程中产生了大量的光。罗曼将利用这些能量耀斑来了解黑洞如何影响周围环境。
该调查还将使天文学家能够探索变星，如活动星系，每个星系的核心各有一个极其明亮的类星体。类星体是由超大质量黑洞提供能量的明亮的强光信标。黑洞贪婪地吞食下落的物质，释放出一股辐射洪流。罗曼坚定的目光将帮助天文学家研究这些爆发是如何以及为什么在亮度上波动。
通过发现数百个微弱的、遥远的类星体，罗曼也将允许科学家探测再电离时期。在这个宇宙时代，科学家们认为类星体发出的强烈紫外线将电子从原子中剥离出来，并将其转化为离子。这一转变带来了“宇宙黎明”，因为宇宙从大部分不透明变成了透明，允许可见光和紫外光自由传播。
“这次罗曼调查将为天文学家提供宝贵的数据宝藏，使其能够进行比通常可能的更开放的宇宙探索。”麦克内里说。“我们可能会偶然发现我们还不知道要寻找的全新事物。”
南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜由位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心管理，参与方包括美国国家航空航天局喷气推进实验室和南加州加州理工学院/IPAC分校、位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所，以及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位于科罗拉多州博尔德的Ball Aerospace and Technologies Corporation；佛罗里达州墨尔本的L3Harris Technologies；加州千橡市的Teledyne Scientific & Imaging。
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