NASA:s Nancy Grace Roman Space Telescope kommer att skapa enorma kosmiska panoramabilder, hjälper oss att svara på frågor om vårt universums utveckling. Astronomer förväntar sig också att uppdraget ska hitta tusentals planeter med hjälp av två olika tekniker eftersom det undersöker ett brett utbud av stjärnor i Vintergatan.

Roman kommer att lokalisera dessa potentiella nya världar, eller exoplaneter, genom att spåra mängden ljus som kommer från avlägsna stjärnor över tiden. I en teknik som kallas gravitationell mikrolinsning, en spik i ljuset signalerar att en planet kan vara närvarande. Å andra sidan, om ljuset från en stjärna dämpas med jämna mellanrum, det kan bero på att det finns en planet som korsar ansiktet på en stjärna när den fullbordar en bana. Denna teknik kallas transitmetoden. Genom att använda dessa två metoder för att hitta nya världar, astronomer kommer att fånga en aldrig tidigare skådad bild av sammansättningen och arrangemanget av planetsystem i vår galax.

Planerad lansering i mitten av 2020-talet, Roman kommer att bli en av NASA:s mest produktiva planetjägare.

Uppdragets stora synfält, utsökt upplösning, och otrolig stabilitet kommer att ge en unik observationsplattform för att upptäcka de små förändringarna i ljus som krävs för att hitta andra världar via mikrolinsning. Denna detekteringsmetod drar fördel av gravitationsljusböjningseffekterna av massiva föremål som förutspåtts av Einsteins allmänna relativitetsteori.

Det inträffar när en förgrundsstjärna, linsen, slumpmässigt justeras med en avlägsen bakgrundsstjärna, källan, sett från jorden. När stjärnorna driver i sina banor runt galaxen, anpassningen skiftar över dagar till veckor, ändrar den skenbara ljusstyrkan för källstjärnan. Det exakta mönstret för dessa förändringar ger astronomer ledtrådar om arten av linsstjärnan i förgrunden, inklusive närvaron av planeter runt den.

Många av stjärnorna som Roman redan kommer att titta på för mikrolinsundersökningen kan hysa transiterande planeter.

"Mikrolensningshändelser är sällsynta och inträffar snabbt, så du måste titta på många stjärnor upprepade gånger och noggrant mäta förändringar i ljusstyrkan för att upptäcka dem, " sa astrofysikern Benjamin Montet, en Scientia-lektor vid University of New South Wales i Sydney. "Det är exakt samma saker du behöver göra för att hitta transiterande planeter, så genom att skapa en robust mikrolinsundersökning, Roman kommer också att göra en trevlig transitundersökning."

I en tidning från 2017, Montet och hans kollegor visade att Roman – tidigare känd som WFIRST – kunde fånga mer än 100, 000 planeter som passerar framför, eller transitering, deras värdstjärnor. Periodisk nedtoning när en planet upprepade gånger korsar framför sin stjärna ger starka bevis på dess närvaro, något astronomer vanligtvis måste bekräfta genom uppföljande observationer.

Transitmetoden för att hitta exoplaneter har varit mycket framgångsrik för NASA:s Kepler- och K2-uppdrag, som har upptäckt cirka 2, 800 bekräftade planeter hittills, och används för närvarande av NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Eftersom Roman kommer att hitta planeter som kretsar längre bort, svagare stjärnor, forskare kommer ofta att behöva förlita sig på uppdragets omfattande datauppsättning för att verifiera planeterna. Till exempel, Roman kan se sekundära förmörkelser – liten ljusstyrka sjunker när en planetkandidat passerar bakom sin värdstjärna, vilket kan hjälpa till att bekräfta dess närvaro.

De dubbla detektionsmetoderna för mikrolinsning och transiter kompletterar varandra, tillåter Roman att hitta en mångfald av planeter. Transitmetoden fungerar bäst för planeter som kretsar mycket nära sin stjärna. Mikrolinsning, å andra sidan, kan upptäcka planeter som kretsar långt från sina värdstjärnor. Denna teknik kan också hitta så kallade skurkplaneter, som inte alls är gravitationsmässigt bundna till en stjärna. Dessa världar kan variera från steniga planeter mindre än Mars till gasjättar.

Ungefär tre fjärdedelar av de transitplaneter som Roman kommer att hitta förväntas vara gasjättar som Jupiter och Saturnus, eller isjättar som Uranus och Neptunus. De flesta av resten kommer troligen att vara planeter som är mellan fyra och åtta gånger så massiva som jorden, känd som mini-Neptunes. Dessa världar är särskilt intressanta eftersom det inte finns några liknande planeter i vårt solsystem.

Några av de transiterande världarna som romerska fångar förväntas ligga inom deras stjärnas beboeliga zon, eller omfånget av omloppsavstånd där en planet kan ha flytande vatten på sin yta. Placeringen av denna region varierar beroende på hur stor och varm värdstjärnan är – ju mindre och kallare stjärnan är, desto närmare kommer dess beboeliga zon att vara. Romans känslighet för infrarött ljus gör den till ett kraftfullt verktyg för att hitta planeter runt dessa mörkare orange stjärnor.

Roman kommer också att se längre ut från jorden än tidigare planetjaktuppdrag. Keplers ursprungliga undersökning övervakade stjärnor på ett genomsnittligt avstånd av cirka 2, 000 ljusår. Den såg på en blygsam del av himlen, totalt cirka 115 kvadratgrader. TESS skannar nästan hela himlen, men det syftar till att hitta världar som är närmare jorden, med typiska avstånd på cirka 150 ljusår. Roman kommer att använda både mikrolinsning och transitdetekteringsmetoder för att hitta planeter upp till 26, 000 ljusår bort.

Genom att kombinera resultaten från Romans mikrolinsning och genomgående planetsökningar kommer det att bidra till att ge en mer komplett planeträkning genom att avslöja världar med ett brett utbud av storlekar och banor. Uppdraget kommer att erbjuda den första möjligheten att hitta ett stort antal transitplaneter som ligger tusentals ljusår bort, hjälper astronomer att lära sig mer om demografin hos planeter i olika delar av galaxen.

"Det faktum att vi kommer att kunna upptäcka tusentals transitplaneter bara genom att titta på mikrolinsdata som redan har tagits är spännande, " sa studiens medförfattare Jennifer Yee, en astrofysiker vid Centrum för Astrofysik | Harvard &Smithsonian i Cambridge, Massachusetts. "Det är fri vetenskap."