NASA:s Nancy Grace Roman Space Telescope kommer att kunna utforska ännu fler kosmiska frågor, tack vare ett nytt nära-infrarött filter. Uppgraderingen kommer att tillåta observatoriet att se längre våglängder av ljus, öppnar upp för spännande nya möjligheter för upptäckter från kanten av vårt solsystem till de yttersta delarna av rymden.

"Det är otroligt att vi kan göra en så effektfull förändring av uppdraget efter att alla primära komponenter redan har klarat sina kritiska designgranskningar, sa Julie McEnery, seniorprojektforskare från Roman Space Telescope vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Med det nya filtret, vi kommer att kunna se hela det infraröda området som teleskopet kan se, så vi maximerar den vetenskap som Roman kan göra."

Med det nya filtret, Romans våglängdstäckning av synligt och infrarött ljus kommer att sträcka sig över 0,5 till 2,3 mikron – en ökning med 20 % jämfört med uppdragets ursprungliga design. Detta utbud kommer också att möjliggöra mer samarbete med NASA:s andra stora observatorier, var och en har sitt eget sätt att betrakta kosmos. Rymdteleskopet Hubble kan se från 0,2 till 1,7 mikron, vilket gör att den kan observera universum i ultraviolett till nära-infrarött ljus. James Webb rymdteleskop, lanseras i oktober, kommer att se från 0,6 till 28 mikron, gör att den kan se nära-infrarött, mellaninfraröd, och en liten mängd synligt ljus. Romans förbättrade våglängdsområde, tillsammans med dess mycket större synfält, kommer att avslöja fler intressanta mål för Hubble och Webb att följa upp för detaljerade observationer.

Utvidgar Romans möjligheter till att inkludera mycket av det nära-infraröda K-bandet, som sträcker sig från 2,0 till 2,4 mikron, kommer att hjälpa oss att titta längre över rymden, sök djupare in i dammiga områden, och visa fler typer av objekt. Romans svepande kosmiska undersökningar kommer att avslöja otaliga himlakroppar och fenomen som annars skulle vara svåra eller omöjliga att hitta.

"En till synes liten förändring i våglängdsområde har en enorm effekt, sade George Helou, direktör för IPAC på Caltech i Pasadena, Kalifornien, och en av förespråkarna för ändringen. "Roman kommer att se saker som är 100 gånger svagare än de bästa markbaserade K-bandsundersökningarna kan se på grund av fördelarna med utrymme för infraröd astronomi. Det är omöjligt att förutse alla mysterier som Roman kommer att hjälpa till att lösa med det här filtret."

Skatter i vår kosmiska bakgård

Även om uppdraget är optimerat för att utforska mörk energi och exoplaneter – planeter bortom vårt solsystem – kommer dess enorma synfält att fånga troves av andra kosmiska underverk också.

Roman kommer att briljera med att upptäcka de otaliga små, mörka kroppar som ligger i utkanten av vårt solsystem, bortom Neptunus bana. Genom att använda sin förbättrade syn, uppdraget kommer nu att kunna söka efter vattenis i dessa kroppar.

Denna region, känt som Kuiperbältet, innehåller resterna av en urskiva av isiga kroppar som blev över från solsystemets bildande. Många av dessa kosmiska fossil är i stort sett oförändrade sedan de bildades för miljarder år sedan. Att studera dem ger ett fönster in i solsystemets tidiga dagar.

De flesta av Kuiperbältets ursprungliga invånare finns inte längre där. Många kastades ut i det interstellära rymden när solsystemet tog form. Andra skickades så småningom mot det inre solsystemet, bli kometer. Ibland korsade deras nya vägar jordens omloppsbana.

Forskare tror att forntida kometnedslag levererade åtminstone en del av jordens vatten, men de är inte säkra på hur mycket. En folkräkning av vattenisen på kroppar i det yttre solsystemet skulle kunna ge värdefulla ledtrådar.

Lyftande slöjor av damm

Även om det är lite kontraintuitivt, vår galax Vintergatan kan vara en av de svåraste galaxerna att studera. När vi kikar genom Vintergatans plan, många objekt är höljda av moln av damm och gas som driver in mellan stjärnorna.

Damm sprider och absorberar synligt ljus eftersom partiklarna är lika stora eller till och med större än ljusets våglängd. Eftersom infrarött ljus färdas i längre vågor, det kan lättare passera genom moln av damm.

Att se rymden i infrarött ljus gör att astronomer kan tränga igenom disiga områden, avslöjar saker som de inte skulle kunna se annars. Med Romans nya filter, observatoriet kommer nu att kunna titta genom stoftmoln upp till tre gånger tjockare än vad det kunde som ursprungligen utformats, som kommer att hjälpa oss att studera Vintergatans struktur.

Uppdraget kommer att upptäcka stjärnor som ligger i och bortom vår galaxs centrala nav, som är tätt packad med stjärnor och skräp. Genom att uppskatta hur långt bort stjärnorna är, forskare kommer att kunna sätta ihop en bättre bild av vår hemgalax.

Romans utökade syn kommer också att hjälpa oss att lära oss ännu mer om bruna dvärgar – föremål som inte är tillräckligt massiva för att genomgå kärnfusion i sina kärnor som stjärnor. Uppdraget kommer att hitta dessa "misslyckade stjärnor" nära hjärtat av galaxen, där katastrofala händelser som supernovor inträffar oftare.

Astronomer tror att den här platsen kan påverka hur stjärnor och planeter bildas eftersom exploderande stjärnor frös omgivningen med nya element när de dör. Med det nya filtret, uppdraget kommer att kunna karakterisera bruna dvärgar genom att undersöka deras sammansättning. Detta kan hjälpa oss att identifiera skillnader mellan objekt nära galaxens hjärta och ute i spiralarmarna.

Tittar ut över rymden

Om vi ​​vill se de mest avlägsna objekten i rymden, vi behöver ett infrarött teleskop. När ljus färdas genom det expanderande universum, den sträcker sig till längre våglängder. Ju längre den går innan den når oss, desto längre blir dess våglängder. UV-ljus sträcker sig till synliga ljusvåglängder, och sedan sträcker sig synligt ljus till infrarött.

Genom att utvidga Romans syn ännu längre in i det infraröda, uppdraget kommer att kunna se tillbaka till när universum var mindre än 300 miljoner år gammalt, eller cirka 2 % av sin nuvarande ålder på 13,8 miljarder år. Att utforska sådana avlägsna områden i rymden kan hjälpa oss att förstå när stjärnor och galaxer först började bildas.

Ursprunget till galaxer är fortfarande ett mysterium eftersom de första föremålen som bildades är extremt svaga och sprids glest över himlen. Romans nya filter, i kombination med teleskopets breda synfält och dess känsliga kamera, skulle kunna hjälpa oss att hitta tillräckligt med första generationens galaxer för att förstå befolkningen som helhet. Sedan kan astronomer välja främsta mål för uppdrag som rymdteleskopet James Webb för att zooma in för mer detaljerade uppföljningsobservationer.

Det nya filtret kan också ge ett annat sätt att fästa Hubble-konstanten, ett tal som beskriver hur snabbt universum expanderar. Det har nyligen väckt debatt bland astronomer eftersom olika resultat har framkommit olika mätningar.

Astronomer använder ofta en viss typ av stjärna som kallas Cepheidvariabler för att bestämma expansionshastigheten. Dessa stjärnor lyser upp och dämpas med jämna mellanrum, och i början av 1900-talet märkte den amerikanska astronomen Henrietta Leavitt ett förhållande mellan en Cepheids ljusstyrka – det vill säga, dess genomsnittliga inneboende ljusstyrka – och cykelns längd.

När astronomer upptäcker Cepheider i avlägsna galaxer, de kan bestämma exakta avstånd genom att jämföra de faktiska, stjärnornas inneboende ljusstyrka till deras skenbara ljusstyrka från jorden. Sedan kan astronomer mäta hur snabbt universum expanderar genom att se hur snabbt galaxer på olika avstånd rör sig bort.

En annan typ av stjärna, kallas RR Lyrae variabler, har ett liknande förhållande mellan deras faktiska ljusstyrka och hur lång tid det tar att bli ljusare, dämpa, och ljusna igen. De är svagare än Cepheider, och deras period-luminositetsförhållande kan inte lätt bestämmas i de flesta våglängder av ljus, men Roman kommer att kunna studera dem med sitt nya filter. Att observera RR Lyrae och Cepheid-stjärnor i infrarött ljus för att bestämma avstånd till andra galaxer kan hjälpa till att reda ut nyligen avslöjade avvikelser i våra mätningar av universums expansionshastighet.

"Att förbättra Romans vision längre in i det infraröda ger astronomer ett kraftfullt nytt verktyg för att utforska vårt universum, ", sa McEnery. "Med det nya filtret kommer vi att göra upptäckter över ett stort område, från avlägsna galaxer hela vägen till vårt lokala grannskap."