NASA’nın Roma misyonu, rakip kozmik ivme teorilerini test edecek

Bir bilim insanı ekibi, NASA’nın Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu’nun uzay ve zamana yayılmış milyonlarca galaksiyi analiz edecek çığır açan planlı araştırmalarından birinden bilimin geri döneceğini tahmin etti. Görevin muazzam, derin panoramaları, evrenin genişlemesini neyin hızlandırdığına dair önde gelen teorileri ayırt etmek için en iyi fırsatı sağlayacaktır.

Roman bu gizemi, ışıkta renk bilgilerinin incelenmesi olan spektroskopi de dahil olmak üzere birden fazla yöntem kullanarak keşfedecek. Bu teknik, bilim adamlarının farklı kozmik çağlarda evrenin ne kadar hızlı genişlediğini tam olarak ölçmesine ve evrenin nasıl evrimleştiğini izlemesine olanak sağlayacaktır.

Pasadena, California’daki Caltech/IPAC’ta kıdemli araştırma bilimcisi ve çalışmanın baş yazarı Yun Wang, “Çalışmamız, bilim Roman’ın spektroskopi araştırmasının, çeşitli ayarlamaların tasarımını nasıl optimize edebileceğini etkinleştireceğini ve göstereceğini tahmin ediyor” dedi. Roma Bilim Destek Merkezi olarak IPAC, misyonun spektroskopik bilim veri işlemesinden sorumlu olurken, Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü, bilim verilerinin işlenmesinden, katalogların oluşturulmasından ve kozmoloji veri işleme boru hatlarının desteklenmesinden sorumlu olacak. “Bu araştırma kozmik ivmeyi araştırmak için tasarlanmış olsa da, aynı zamanda diğer birçok cezbedici gizem hakkında ipuçları sunacak. İlk nesil galaksileri anlamamıza yardımcı olacak, karanlık maddenin haritasını çıkarmamıza ve hatta çok daha yakın yapılar hakkında bilgi ortaya çıkarmamıza yardımcı olacak. eve, yerel galaksiler grubumuza.”

Mayıs 2027’ye kadar fırlatılması planlanan Roma Uzay Teleskobu, bilim adamlarının kozmik gizemleri benzeri görülmemiş bir şekilde incelemesine yardımcı olacak kadar muazzam bir evren görüşü sağlayacak. Her görüntü, çok sayıda gök cismi için kesin ölçümler içerecek ve daha dar görüşlü teleskoplarla pratik olmayan istatistiksel çalışmalara olanak tanıyacaktır.

Mevcut planlarda, Roman’ın spektroskopi araştırması yedi aydan biraz fazla bir süre içinde yaklaşık 2.000 derece kareyi veya gökyüzünün yaklaşık %5’ini kaplayacak. Ekibin sonuçları, teleskoba ulaşan ışık yolculuğuna evren çok daha gençken başladığından, araştırmanın evrenin yaklaşık 3-6 milyar yaşında olduğu zamandan 10 milyon galaksi için kesin mesafeleri ortaya çıkarması gerektiğini gösterdi. Bu ölçümler, gökbilimcilerin kozmosun ağ benzeri büyük ölçekli yapısını haritalandırmasına izin verecek. Araştırma aynı zamanda 2 milyon galaksinin, evrenin tarihinin sadece 2-3 milyar yaşında olduğu, büyük ölçekli kozmik yapıda keşfedilmemiş bölge olduğu zamanlara ait uzaklıklarını da ortaya çıkaracak.

gökkuşağını okumak

Uzaydan aldığımız bilgilerin neredeyse tamamı ışıktan geliyor. Roman, görüntüleri yakalamak için ışığı kullanacak, ancak ışığı tek tek renklere ayırarak da çalışacak. Spektrum adı verilen ayrıntılı dalga boyu desenleri, bizden ne kadar hızlı hareket ettiği de dahil olmak üzere ışığı yayan nesne hakkında bilgi verir. Gökbilimciler bu fenomeni “kırmızıya kayma” olarak adlandırıyorlar çünkü bir nesne geri çekildiğinde, ondan aldığımız tüm ışık dalgaları uzar ve daha kırmızı dalga boylarına doğru kayar.

1920’lerde gökbilimciler Georges Lemaître ve Edwin Hubble, çok az istisna dışında, galaksilerin uzaklıklarına bağlı olarak bizden ve birbirlerinden farklı hızlarda hızla uzaklaştıklarını şaşırtıcı bir şekilde keşfetmek için kırmızıya kaymaları kullandılar. Gökbilimciler, uzayın amansız genişlemesiyle taşınan gökadaların bizden ne kadar hızlı uzaklaştıklarını belirleyerek, onların ne kadar uzakta olduklarını öğrenebilirler – bir gökadanın tayfı ne kadar kırmızıya kayarsa, o kadar uzak olur.

Roman’ın spektroskopi araştırması, milyonlarca galaksinin doğru mesafelerini ve konumlarını ölçerek evrenin 3 boyutlu bir haritasını oluşturacak. Galaksi dağılımının mesafeyle ve dolayısıyla zamanla nasıl değiştiğini öğrenmek, bize evrenin farklı kozmik çağlarda ne kadar hızlı genişlediğine dair bir pencere verecektir.

Bu çalışma aynı zamanda galaksi mesafelerini Big Bang’den hemen sonra gelen ses dalgalarının yankılarıyla birleştirecek. Baryon akustik salınımları (BAO) olarak adlandırılan bu ses dalgaları, uzayın genişlemesi nedeniyle zamanla büyümüş ve galaksi dağılımını etkileyerek kozmosa damgasını vurmuştur. Herhangi bir modern gökada için, biraz daha yakın veya uzak bir gökada bulmamızdan yaklaşık 500 milyon ışıkyılı uzaklıkta başka bir gökada bulma olasılığımız daha yüksektir.

Evrene daha uzaklara, daha önceki kozmik zamanlara bakmak, galaksiler arasındaki bu tercih edilen fiziksel mesafenin (BAO dalgalanmalarının izi) azaldığı anlamına gelir. Bu, evrenin genişleme geçmişinin bir ölçümünü sağlar. Galaksi kırmızıya kaymaları ayrıca, gökbilimcilerin büyük ölçekli yapının büyüme geçmişini izlemelerine yardımcı olan kırmızıya kayma uzay bozulmaları adı verilen komşularının yerçekimi nedeniyle hareketleriyle ilgili bilgileri de kodlar. Kozmosun nasıl genişlediğini ve zaman içinde onun içindeki yapının nasıl büyüdüğünü öğrenmek, bilim adamlarının kozmik ivmenin doğasını keşfetmelerine ve Einstein’ın evrenin yaşı üzerinden yerçekimi teorisini test etmelerine olanak sağlayacaktır.

Karanlık enerjiye karşı değiştirilmiş yerçekimi

Evren genişledikçe, içindeki maddenin yerçekimi bu genişlemeyi yavaşlatmalıdır. Gökbilimciler, evrenin genişlemesinin hızlandığını öğrenince şaşırdılar çünkü bu, kozmos resmimizle ilgili bir şeylerin yanlış ya da eksik olduğu anlamına geliyor. Gizem, bilim adamlarının karanlık enerji olarak adlandırdığı evrene yeni bir enerji bileşeni ekleyerek açıklanabilir veya Einstein’ın yerçekimi teorisinin – genel görelilik teorisinin – bir değişikliğe ihtiyacı olduğunu gösterebilir.

Yerçekimi gibi temel bir şeyi tanımlayan denklemleri değiştirmek aşırı görünebilir, ancak bu daha önce yapıldı. Isaac Newton’un yerçekimi yasası, gökbilimcilerin gözlemlediği bazı şeyleri, örneğin Merkür’ün yörüngesindeki küçük ama gizemli bir hareket gibi açıklayamadı.

Gökbilimciler nihayetinde, Einstein’ın genel görelilik kuramının, Merkür’ün yörünge kayması gibi, su yüzüne çıkan sorunları mükemmel bir şekilde açıkladığını anladılar. Newton’un yerçekimi tanımından Einstein’ın tanımına geçmek, uzayı ve zamanı – ayrı ve sabit yerine birbirine bağlı olarak – görme biçimimizi değiştirerek modern fiziği dönüştürmeyi içeriyordu.

Kozmik ivme, Einstein’ın yerçekimi teorisinin hala tam olarak doğru olmadığının bir işareti olabilir. Genel görelilik, güneş sistemimizin boyutuyla ilgili fiziksel ölçeklerde son derece iyi test edilir, ancak daha büyük, kozmolojik ölçeklere geçtiğimizde daha az test edilir. Ekip, Roman’ın performansını simüle etti ve görevin evrenin muazzam, derin 3D görüntülerinin, kozmik ivmeyi açıklamaya çalışan önde gelen teorileri ayırt etmek için henüz en iyi fırsatlardan birini sağlayacağını gösterdi.

Wang, “Her iki durumda da yeni fiziği dört gözle bekleyebiliriz – kozmik ivmenin karanlık enerjiden kaynaklandığını öğrensek de, Einstein’ın yerçekimi teorisini değiştirmemiz gerektiğini de bulsak” dedi. “Roman her iki teoriyi de aynı anda test edecek.”

Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, NASA’nın Güney Kaliforniya’daki Jet Propulsion Laboratuvarı ve Caltech/IPAC, Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü ve çeşitli bilim adamlarından oluşan bir bilim ekibinin katılımıyla, NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde yönetilmektedir. araştırma kurumları. Başlıca endüstriyel ortaklar Boulder, Colorado’daki Ball Aerospace and Technologies Corporation; Melbourne, Florida’daki L3Harris Technologies; ve Thousand Oaks, California’daki Teledyne Scientific & Imaging.