När den lanseras i mitten av 2020-talet, NASA:s Nancy Grace Roman Space Telescope kommer att skapa enorma panoramabilder av rymden i oöverträffad detalj. Uppdragets breda synfält kommer att göra det möjligt för forskare att genomföra omfattande kosmiska undersökningar, ger en mängd ny information om universum.

Den romerska missionens marksystem, som kommer att göra data från rymdfarkosten tillgänglig för forskare och allmänheten, har precis avslutat sin preliminära designgranskning. Planen för vetenskapsverksamhet har uppfyllt all design, schema, och budgetkrav, och kommer nu att gå vidare till nästa fas:att bygga det nydesignade datasystemet.

"Detta är en spännande milstolpe för uppdraget, sa Ken Carpenter, den romerska marksystemprojektforskaren vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Vi är på väg att färdigställa datasystemet i tid för lansering, och vi ser fram emot den banbrytande vetenskap den kommer att möjliggöra."

Roman kommer att ha samma upplösning som rymdteleskopet Hubble men fånga ett synfält som är nästan 100 gånger större. Forskare förväntar sig att rymdfarkosten ska samla in mer data än något av NASA:s andra astrofysikuppdrag.

Med hjälp av Hubbles observationer, astronomer har revolutionerat vår syn på universum och släppt lös en flod av upptäckter. Hubble har samlat in 172 terabyte data sedan lanseringen 1990. Om all denna data skrevs ut som text och sidorna placerades ovanpå varandra, stacken skulle nå cirka 5, 000 miles (8, 000 kilometer) hög. Det är tillräckligt långt för att nå ungefär 15 gånger högre än Hubbles bana, eller cirka 2 % av avståndet till månen.

Roman kommer att samla in data cirka 500 gånger snabbare än Hubble, lägga till upp till 20, 000 terabyte (20 petabyte) under loppet av sitt femåriga primära uppdrag. Om dessa data skrevs ut, högen med papper skulle tona sig 330 miles (530 kilometer) högt efter en enda dag. I slutet av Romans primära uppdrag, stapeln skulle sträcka sig långt bortom månen. Otalliga kosmiska skatter kommer att lyftas fram av Romans rika observationer.

En sådan stor mängd information kommer att kräva att NASA förlitar sig på nya bearbetnings- och arkiveringstekniker. Forskare kommer att få tillgång till och analysera Romans data med hjälp av molnbaserade fjärrtjänster och mer sofistikerade verktyg än de som använts av tidigare uppdrag.

Alla Romans data kommer att vara offentligt tillgängliga inom några dagar efter observationerna - en första för ett flaggskeppsuppdrag för NASA:s astrofysik. Detta är betydelsefullt eftersom Romans kolossala bilder ofta kommer att innehålla mycket mer än det primära målet för observation.

Eftersom forskare överallt kommer att ha snabb tillgång till data, de kommer snabbt att kunna upptäcka kortlivade fenomen, som supernovaexplosioner. Att upptäcka dessa fenomen snabbt kommer att tillåta andra teleskop att utföra uppföljande observationer.

Att peka ut planeter

Ett av de vetenskapsområden som kommer att dra nytta av uppdragets stora data är mikrolinsundersökningen. Gravitationslinser är en observationseffekt som uppstår på grund av att närvaron av massa förvränger rymdtidens struktur. Effekten är extrem kring mycket massiva föremål, som svarta hål och hela galaxer. Men även relativt små föremål som stjärnor och planeter orsakar en detekterbar grad av skevhet, kallas mikrolinsning.

Varje gång två stjärnor ligger nära varandra från vår utsiktspunkt, ljus från de mer avlägsna stjärnkurvorna när det färdas genom den skeva rumtiden runt den närmaste stjärnan. Den närmaste stjärnan fungerar som en naturlig kosmisk lins, fokusera och intensifiera ljuset från bakgrundsstjärnan.

Forskare ser detta som en topp i ljusstyrkan. Planeter som kretsar kring förgrundsstjärnan kan också modifiera linsljuset, fungerar som sina egna små linser. Dessa små signaturer driver designen av Romans mikrolinsundersökning.

"Med ett så stort antal stjärnor och frekventa observationer, Romans mikrolinsundersökning kommer att se tusentals planetariska händelser, sa Rachel Akeson, uppgiftsledare för Roman Science Support Center vid IPAC/Caltech i Pasadena, Kalifornien. "Var och en kommer att ha en unik signatur som vi kan använda för att bestämma planetens massa och avstånd från dess stjärna."

Romans mikrolinsundersökning kommer också att upptäcka hundratals andra bisarra och intressanta kosmiska objekt. Roman kommer att upptäcka stjärnlösa planeter som strövar omkring i galaxen som skurkvärldar; bruna dvärgar, som är för massiva för att kunna karakteriseras som planeter men inte tillräckligt massiva för att antändas som stjärnor; och stjärnlik, inklusive neutronstjärnor och svarta hål, som blir kvar när stjärnorna tar ut sitt bränsle.

Mikrolinsningshändelser är extremt sällsynta och kräver omfattande observationer. Roman kommer att övervaka hundratals miljoner stjärnor var 15:e minut i månader åt gången - något som inget annat rymdteleskop kan göra, genererar en aldrig tidigare skådad ström av ny information.

Tittar bortom vår galax

Medan mikrolinsundersökningen kommer att se mot hjärtat av vår galax, där stjärnorna är tätast koncentrerade, Romans kosmologiska undersökningar kommer att titta långt bortom våra stjärnor för att studera hundratals miljoner andra galaxer. Dessa observationer kommer att hjälpa till att belysa två av de största kosmiska pusslen:mörk materia och mörk energi.

Synlig materia står bara för cirka fem procent av universums innehåll. Nästan 27 procent av universum kommer i form av mörk materia, som inte avger eller absorberar ljus. Mörk materia kan endast detekteras genom dess gravitationseffekter på synlig materia.

Roman kommer att hjälpa oss att ta reda på vad mörk materia är gjord av genom att utforska strukturen och fördelningen av vanlig materia och mörk materia över rum och tid. Denna undersökning kan endast göras effektivt med hjälp av exakta mätningar från många galaxer.

De återstående cirka 68 procenten av universum består av mörk energi. Detta mystiska kosmiska tryck får universums expansion att accelerera, men än så länge vet vi inte så mycket mer om det.

Roman kommer att studera mörk energi genom flera observationsstrategier, inklusive undersökningar av galaxhopar och supernovor. Forskare kommer att skapa en 3D-karta över universum för att hjälpa oss att förstå hur universum växte över tiden under påverkan av mörk energi.

Eftersom Roman kommer att ha ett så stort synfält, det kommer att dramatiskt minska den tid som krävs för att samla in data. The Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Survey (CANDELS) är ett av de största projekten som någonsin gjorts med Hubble, designad för att studera utvecklingen av galaxer över tid. Medan det tog Hubble nästan 21 dagar, Roman skulle slutföra en liknande undersökning på mindre än en halvtimme—1, 000 gånger snabbare än Hubble. Använder Roman, forskare kommer att kunna utöka dessa observationer på sätt som skulle vara opraktiska med andra teleskop.

"Med sina otroligt snabba undersökningshastigheter, Roman kommer att observera planeter i tusental, galaxer i miljoner, och stjärnor i miljarder, sa Karoline Gilbert, uppdragsforskare för Roman Science Operations Center vid Space Telescope Science Institute i Baltimore. "Dessa stora datamängder kommer att tillåta oss att ta itu med kosmiska mysterier som antyder ny grundläggande fysik."