NASA:s Nancy Grace Roman Space Telescope-team har tillkännagett planer på en aldrig tidigare skådad undersökning av planet för vår Vintergatans galax. Den kommer att titta djupare in i denna region än någon annan undersökning och kartlägga fler av vår galaxs stjärnor än alla tidigare observationer tillsammans.
"Det finns ett riktigt brett spektrum av vetenskap vi kan utforska med denna typ av undersökning, från stjärnbildning och evolution till damm mellan stjärnor och dynamiken i galaxens hjärta", säger Catherine Zucker, astrofysiker vid Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian i Cambridge, Massachusetts, som var medförfattare till en vitbok som beskrev några av fördelarna med ett sådant observationsprogram.
En undersökning av galaktiska planet var det högst rankade bidraget efter en uppmaning 2021 för romerska undersökningsidéer. Nu kommer det vetenskapliga samfundet att arbeta tillsammans för att utforma observationsprogrammet inför Romans lansering i maj 2027.
"Det kommer att finnas många avvägningar eftersom forskare måste välja mellan till exempel hur mycket område de ska täcka och hur fullständigt de ska kartläggas i alla olika möjliga filter", säger medförfattaren Robert Benjamin, en astronom vid tidningen. University of Wisconsin-Whitewater.
Även om detaljerna i undersökningen återstår att fastställa, säger forskare att om den täckte cirka 1 000 kvadratgrader – en himmelsregion så stor som 5 000 fullmånar – skulle den kunna avslöja långt över 100 miljarder kosmiska objekt (främst stjärnor).
"Det skulle vara ganska nära en fullständig folkräkning av alla stjärnor i vår galax, och det skulle bara ta ungefär en månad", säger Roberta Paladini, senior forskare vid Caltech/IPAC i Pasadena, Kalifornien, och vitbokens ledare författare. "Det skulle ta decennier att observera en så stor del av himlen med rymdteleskopen Hubble eller James Webb. Roman kommer att bli en undersökningsmaskin."
Observatorier med mindre vyer av rymden har gett utsökta bilder av andra galaxer och avslöjat komplexa strukturer. Men att studera vår egen galax anatomi är förvånansvärt svårt. Vintergatans plan täcker ett så stort område på himlen att det kan ta mycket lång tid att studera det i detalj. Astronomer måste också titta genom tjockt damm som skymmer avlägset stjärnljus.
Medan vi har studerat vårt solsystems grannskap väl, säger Zucker:"Vi har en mycket ofullständig bild av hur den andra halvan av Vintergatan ser ut bortom det galaktiska centrumet."
Observatorier som NASA:s pensionerade Spitzer Space Telescope har genomfört stora undersökningar av det galaktiska planet i längre ljusvåglängder och avslöjat några stjärnbildande regioner på galaxens bortre sida. Men det kunde inte lösa fina detaljer som Roman kommer att göra.
"Spitzer ställde upp frågorna som Roman kommer att kunna lösa," sa Benjamin.
Romans kombination av ett stort synfält, skarp upplösning och förmågan att titta genom damm gör det till det perfekta instrumentet för att studera Vintergatan. Och att se stjärnor i olika våglängder av ljus – optiska och infraröda – kommer att hjälpa astronomer att lära sig saker som stjärnornas temperaturer. Den ena informationen låser upp mycket mer data, från stjärnans utvecklingsstadium och sammansättning till dess ljusstyrka och storlek.
"Vi kan göra mycket detaljerade studier av saker som stjärnbildning och strukturen av vår egen galax på ett sätt som vi inte kan göra för någon annan galax," sa Paladini.
Roman kommer att erbjuda nya insikter om strukturen i den centrala regionen som kallas utbuktningen, "stången" som sträcker sig över den och spiralarmarna som sträcker sig från den.
"Vi kommer i princip att skriva om 3D-bilden av galaxens bortre sida," sa Zucker.
Romans skarpa syn kommer att hjälpa astronomer att se individuella stjärnor även i stellar plantskolor på bortre sidan av galaxen. Det kommer att hjälpa Roman att skapa en enorm ny katalog av stjärnor eftersom den kommer att kunna kartlägga 10 gånger längre än tidigare precisionskartläggning av ESA:s (Europeiska rymdorganisationens) Gaia-rymduppdrag.
Gaia kartlade över 1 miljard stjärnor i 3D, till stor del inom cirka 10 000 ljusår. Roman kunde kartlägga upp till 100 miljarder stjärnor 100 000 ljusår bort eller mer (som sträcker sig ut till den mest avlägsna kanten av vår galax och bortom).
The Galactic Plane Survey är Romans första tillkännagivna allmänna astrofysikundersökning – ett av flera observationsprogram som Roman kommer att göra utöver sina tre centrala samhällsundersökningar och Coronagraph-teknikdemonstration.
Minst 25 % av Romans femåriga primära uppdrag kommer att tilldelas allmänna astrofysiska undersökningar för att bedriva vetenskap som inte kan göras med bara uppdragets kärnsamhälleundersökningsdata. Astronomer från hela världen kommer att få möjlighet att använda romersk och föreslå spetsforskning, vilket gör det möjligt för det astronomiska samfundet att utnyttja den fulla potentialen av Romans förmåga att bedriva extraordinär vetenskap.
Verket publiceras på arXiv förtrycksserver.
Mer information: Roberta Paladini et al, Roman Early-Definition Astrophysics Survey Opportunity:Galactic Roman Infrared Plane Survey (GRIPS), arXiv (2023). DOI:10.48550/arxiv.2307.07642
Tillhandahålls av NASA
