数百万个星系出现在美国宇航局Roman的新模拟图像中

数百万个星系出现在美国宇航局Roman的新模拟图像中

（神秘的地球uux.cn）据美国宇航局：科学家们创造了一个庞大的合成巡天，展示了我们可以从南希·格雷斯·罗马太空望远镜的未来观测中期待什么。虽然它只代表了真实未来调查的一小部分，但这个模拟版本包含了数量惊人的星系——3300万个，以及我们银河系中的20万颗前景恒星。

这张模拟的Roman深空图像包含数十万个星系，仅占合成巡天的1.3%，而合成巡天本身仅占Roman计划巡天的1%。此处提供完整的模拟。星系是用颜色编码的——红色的离得远，白色的离得近。该模拟展示了Roman进行大规模深度调查和用统计方法研究宇宙的能力，这些方法是目前的望远镜不可能做到的。Credits: M. Troxel and Caltech-IPAC/R. Hurt

该模拟将帮助科学家规划最佳观测策略，测试不同的方法来挖掘该任务的大量数据，并探索我们可以从其他望远镜的串联观测中了解到什么。

北卡罗来纳州达勒姆市杜克大学物理学助理教授迈克尔·特罗塞尔说:“罗曼将传回的数据量对于太空望远镜来说是前所未有的。”“我们的模拟是一个试验场，我们可以用它来确保我们将从任务的观察中获得最大的收益。”

该团队从一个模拟宇宙中提取数据，该模拟宇宙最初是为了支持Vera C. Rubin天文台的科学规划而开发的，该天文台位于智利，将于2024年开始全面运营。因为罗曼和鲁宾的模拟使用相同的来源，天文学家可以比较它们，看看一旦他们都在积极扫描宇宙，他们可以从望远镜的配对观察中获得什么。

由Troxel领导的一篇描述这些结果的论文，已经被皇家天文学会的月刊接受发表。

这张图比较了合成图像的相对大小(插图，用橙色标出)，天文学家模拟的整个区域(中上部用绿色标出的正方形)，以及天文学家将进行的完整未来调查的大小(左下角用蓝色标出的大正方形)。来自数字化天空调查的背景说明了每个区域覆盖的天空面积。这张合成图像覆盖了相当于一轮满月的天空，未来的罗马巡天将覆盖比北斗七星更多的区域。虽然哈勃太空望远镜或詹姆斯·韦伯太空望远镜需要大约1000年的时间来拍摄像未来巡天一样大的区域，但罗曼只用了7个多月就完成了。Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center and M. Troxel

Roman的高纬度广域调查将包括成像(新模拟的重点)和光谱，覆盖宇宙的同一个巨大地带。光谱学涉及测量来自宇宙物体的不同波长的光的强度，而Roman的成像将揭示数亿个昏暗星系的精确位置和形状，这些星系将用于绘制暗物质地图。虽然这种神秘物质是不可见的，但天文学家可以通过观察它对常规物质的影响来推断它的存在。

任何有质量的东西都会扭曲时空结构。质量越大，弯曲越大。这产生了一种称为引力透镜的效应，当来自远处光源的光在穿过中间物体时发生扭曲。当这些透镜物体是大质量星系或星系团时，背景光源可能会模糊或出现多重图像。

这个动画展示了天文学家在未来的罗马深空观测中能够做的科学类型。介于其间的星系团和暗物质的引力可以折射来自更远物体的光线，扭曲它们的外观，如动画所示。通过研究扭曲的光，天文学家可以研究难以捉摸的暗物质，这只能通过其对可见物质的引力效应来间接测量。作为一个额外的收获，这种透镜也使我们更容易看到最遥远的星系，它们的光被放大了。Credits: Caltech-IPAC/R. Hurt

质量较小的物体可以产生更微妙的效果，称为弱透镜效应。Roman将足够敏感地使用弱透镜来观察暗物质团如何扭曲遥远星系的外观。通过观察这些透镜效应，科学家将能够填补我们对暗物质了解的更多空白。

“宇宙结构形成理论预测了早期宇宙中的种子波动如何发展成可以通过引力透镜看到的物质分布，”克里斯·平田说，他是哥伦布俄亥俄州立大学的物理学教授，也是论文的合著者。“但这些预测本质上是统计性的，所以我们通过观察宇宙的广大区域来检验它们。Roman具有广阔的视野，将被优化以有效地观测天空，补充詹姆斯·韦伯太空望远镜等旨在对单个物体进行更深入研究的天文台。

合成的罗马巡天覆盖了20平方度的天空，大致相当于95个满月。实际的调查将会大100倍，揭示超过10亿个星系。鲁宾将扫描更大的区域——18000平方度，几乎是整个天空的一半——但分辨率较低，因为它必须透过地球的湍流大气。

Roman和Rubin模拟的配对为科学家提供了第一次尝试在两组图像中检测相同物体的机会。这一点很重要，因为地面观测并不总是足够清晰，无法将多个靠近的源区分为单独的物体。有时它们会模糊在一起，影响微弱的透镜测量。现在，科学家可以通过将鲁宾图像与罗马图像进行比较，来确定“去模糊”这种对象的困难和好处。

凭借Roman的庞大宇宙观，天文学家将能够完成远远超过该调查的主要目标，即研究宇宙的结构和演化，绘制暗物质地图，并辨别试图解释宇宙膨胀速度加快的主要理论。科学家们可以通过梳理新的模拟罗马数据来领略额外的科学，这将来自于以如此精致的细节看到如此多的宇宙。

位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心负责罗马任务的高级项目科学家朱莉·麦克内里说:“凭借罗马的巨大视野，我们可以预见许多不同的科学机遇，但我们也必须学会预料不到的事情。”“这项任务将有助于回答宇宙学中的关键问题，同时有可能揭示我们需要解决的全新谜团。”

Nancy Grace Roman太空望远镜由位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心管理，参与方包括美国宇航局喷气推进实验室和南加州加州理工学院/IPAC分校、位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所以及由来自不同研究机构的科学家组成的科学团队。主要的工业伙伴是科罗拉多州博尔德的鲍尔航空航天技术公司；佛罗里达州墨尔本的L3Harris技术公司；和加州千橡市的Teledyne Scientific & Imaging。