Den här Hubble-bilden visar fyra av de tusentals galaxer som finns inom Hubble Ultra Deep Field. Alla de markerade galaxerna visar bevis på kraftig stjärnbildning (blå regioner fyllda med heta, unga stjärnor). I infällningarna till höger visas det nära-infraröda spektrumet för varje galax. Genom att undersöka en galaxs spektrum kan du lära dig om dess stjärnors åldrar, dess stjärnbildningshistoria, hur många tunga kemiska grundämnen den innehåller och mer. När Nancy Grace Roman Space Telescope inleds i drift 2027 kommer det att kunna samla in spektra för varje föremål i dess synfält, som är mer än 100 gånger större än Hubbles. Som ett resultat kommer det att möjliggöra studier av sällsynta galaxer från en period som kallas "kosmisk middag", då många galaxer gick igenom tillväxtspurt. Kredit:Vetenskap:NASA, ESA, Casey Papovich (TAMU); Bildbehandling:Alyssa Pagan (STScI)
I den amerikanska vilda västern var högtiden en tid för dueller och uppgörelser. När det kommer till universums historia innehöll kosmisk middag fyrverkerier av ett annat slag. Cirka 2 till 3 miljarder år efter big bang gick de flesta galaxer igenom en tillväxtspurt och bildade stjärnor i en hastighet som är hundratals gånger högre än vi ser i vår egen galax, Vintergatan, idag. När det lanseras i maj 2027 lovar NASA:s Nancy Grace Roman Space Telescope att ge nya insikter om stjärnbildningens storhetstid.
Kosmisk middag är en viktig tidpunkt i universums historia eftersom den formade hur galaxer ser ut idag. Men många frågor är fortfarande obesvarade. Varför toppade stjärnbildningen och minskade sedan? Varför slutade vissa galaxer plötsligt att bilda stjärnor medan andra bleknade ut gradvis? Hur viktiga var lokala influenser som antalet galaktiska grannar för att forma denna utveckling?
För att svara på dessa frågor behöver astronomer ett rikligt urval av galaxer från den tidsperioden att studera. Romans kraft kommer att ligga i dess förmåga att fånga tusentals föremål av intresse i en enda vy. Med en så stor undersökning kommer forskare inte behöva välja och vraka sina föredragna mål i förväg, vilket kan leda till oavsiktliga fördomar.
"Med ett synfält som är 100 gånger bredare än rymdteleskopet Hubble kan Roman förändra det astronomiska landskapet genom att vara så effektiv", säger Kate Whitaker, biträdande professor i astronomi vid University of Massachusetts i Amherst. Whitakers forskning fokuserar på att studera regleringen av stjärnbildning och släckning i massiva galaxer i det tidiga universum.
Romans breda synfält kommer också att göra det möjligt för astronomer att sätta individuella galaxer i sitt sammanhang genom att se hur deras tillväxtspurt, och efterföljande avmattning, varierar beroende på var de befinner sig i det kosmiska "nätet" - universums storskaliga struktur.
"Du tar en bild och du får allt. Vi får se vad och var de intressanta föremålen finns", säger Casey Papovich, professor i astronomi vid Texas A&M University i College Station, Texas. Papovichs forskning innefattar att kvantifiera tillväxten och sammansättningen av stjärnmassa i galaxer i det tidiga universum.
Going Beyond Imagery
Även om bilder kan hjälpa astronomer att upptäcka galaxer av intresse, kan mycket mer information samlas in genom att sprida en galaxs ljus ut i ett spektrum. Papovich har tillsammans med Vicente (Vince) Estrada-Carpenter från St. Mary's University i San Antonio, Texas, och deras kollegor, banat väg för en teknik för att extrahera ljuset från alla stjärnor i en galax tillsammans.
Genom att undersöka en galaxs spektrum kan du lära dig om dess stjärnors åldrar, dess stjärnbildningshistoria, hur många tunga kemiska grundämnen den innehåller och mer. Genom att göra detta för ett stort antal tidiga galaxer kan astronomer lära sig om de processer som drev och så småningom satte ett slut på denna period av snabb tillväxt.
Romans kraft kan förstärkas ytterligare genom att observera avlägsna galaxer vars ljus har förvrängts av ett fenomen som kallas gravitationslinsning. Tyngdkraften hos en mellanliggande galaxhop kan förstora och lysa upp ljuset från en mer avlägsen galax, vilket gör det möjligt för astronomer att studera bakgrundsgalaxen mer i detalj än vad som annars skulle vara tillgängligt.
Whitaker använder redan denna teknik med Hubble för att studera kärnorna i unga galaxer kontra deras utkanter. Detta arbete försöker avgöra om stjärnbildning stängs av från utsidan och in eller ut - det vill säga från galaxens utkanter till dess centrum eller vice versa.
"Galaxsläckning - ett plötsligt slut på stjärnbildningen - kan vara en snabb process på kosmologiska tidsskalor. Som ett resultat är det svårt att fånga en på bar gärning eftersom de är så sällsynta", säger Whitaker. "Roman kommer att hjälpa oss att hitta de sällsynta exemplen."
Medan Romans rymdbaserade vy kommer att ge utmärkt skärpa och stabilitet, kommer markbaserade observatorier också att spela in när man studerar kosmisk middag. Till exempel kan Atacama Large Millimeter/submillimeter Array mäta gas- och dammhalten i avlägsna galaxer. Och framtida 30-meters-teleskop kommer att kunna mäta utsökta detaljer i galaxspektra på grund av deras förmåga att samla in massor av ljus.
"Romerska och markbaserade observatorier kommer att komplettera varandra. Roman kommer på egen hand och effektivt att identifiera och karakterisera de mest intressanta galaxerna i stora synfält. Vi kan sedan gå tillbaka med markbaserade teleskop för att studera dem mer i detalj." förklarade Papovich. + Utforska vidare
