Nancy Grace Roma Uzay Teleskobu’ndan veriler alınmaya hazırlanıyor

Mayıs 2027’de fırlatılması planlanan Nancy Grace Roma Uzay Teleskobu’ndan gelecek veri miktarı ve aralığına hazırlık planının bir parçası olarak NASA, beş proje altyapı ekibine (PIT) finansman sağladı. yazılım yazın, simülasyonları çalıştırın ve teleskopun veri akışının optimum kullanımını planlayın.

Her biri çalışmaları için beş yıllık multimilyon dolarlık hibe alan bu PIT’lerden üçü Pasadena’da bulunuyor ve Caltech öğretim üyeleri ve personeline bağlı. Caltech astronomi profesörü Mansi Kasliwal (MS ’07, Ph.D. ’11), RAPID (Görüntü Farkından Anında Roma Uyarıları) ekibine başkanlık ediyor; Caltech’in IPAC’ında kıdemli bilim adamı olan Yun Wang, galaksi kırmızıya kayma araştırmasının altyapısından sorumludur; ve Caltech’in NASA için yönettiği JPL’nin baş bilim insanı Olivier Doré, aynı zamanda JPL’de çalışan baş araştırmacı yardımcısı Dida Markovic ile birlikte zayıf mercekleme ekibine liderlik ediyor.

Roma Uzay Teleskobu projesi, Geniş Alan Kızılötesi Uzay Teleskobu (WFIRST) adı altında 2010 yılında başladı ve Hubble Uzay Teleskobu ile elde edilen görüntü hassasiyetinin aynısını ancak en az 100 kat daha büyük bir görüş alanıyla sağlamayı vaat ederek, aşağıdakileri mümkün kıldı: gökyüzünü çok daha hızlı inceleyin. Misyonun galaksilere ve süpernovalara ilişkin gözlemleri bize evrenin tarihi ve genişlemesi hakkında çok şey anlatacak. Gemideki başka bir teknoloji gösterim aracı olan koronagraf ile diğer yıldız sistemlerindeki ötegezegenler görüntülenebilir. WFIRST, Ulusal Bilimler Akademisi Ulusal Araştırma Konseyi tarafından 1960’lardan bu yana her on yılda bir gerçekleştirilen araştırma hedeflerinin bir listesi olan 2010 Astronomi ve Astrofizik Decadal Araştırması’nda astrofizik için en büyük öncelik seçildi.

2020 yılında WFIRST, 1961’den 1979’a kadar NASA’nın Astronomi ve Güneş Fiziği Şefi olarak görev yapan ve Hubble Uzay Teleskobu’nun inşası için durmaksızın lobi yapan Nancy Grace Roman’ın onuruna yeniden adlandırıldı. Kasliwal şöyle açıklıyor: “Roma misyonu uzun zaman önce tasarlandı ama o zamandan bu yana çok şey değişti. Artık aslında yerçekimi dalgalarıyla ilişkili güçlü kozmik olaylardan gelen ışığı veya elektromanyetik radyasyonu gördük.”

Bu yeni bulgular, Kasliwal, Wang ve Doré gibi Roman’ın kızılötesi gözlem çalışmasını mümkün olan en iyi şekilde kullanma niyetinde olanlar için yollar açtı. Wang, “Roma donanımı zaten oluşturuldu ve test ediliyor” diyor ve ekliyor: “Ancak gözlem planı ve yazılım hala geliştirilme aşamasında, dolayısıyla onu optimize etmeye yardımcı olabiliriz.”

Kasliwal’ın PIT ekibi, gökbilimcilere gözlemleyecek ilginç yeni olayları nerede bulabileceklerini söyleyen bir uyarı sisteminin (RAPID) oluşturulmasından sorumludur. RAPID, hedefine görüntü farklılaştırma olarak bilinen bir süreçle ulaşır. Kasliwal, “Gökyüzünün aynı parçasının tekrar tekrar görüntüsünü alıyoruz. Daha sonra neyin değiştiğini görmek için görüntüleri karşılaştırıyoruz” diyor. “Havai fişekleri, kozmik havai fişekleri arıyoruz… patlayan her şeyi, gözlerimizin önünde değişen her şeyi. Buna zaman alanlı astronomi denir. Zaman alanlı astronomi bir devrim geçiriyor çünkü şu anda çok sayıda çok hassas teleskopumuz var. dinamik evreni anlama yeteneğine sahip.”

Caltech’in Palomar Gözlemevi’ndeki tüm gece gökyüzünü tarayan Zwicky Geçici Tesisi ve Palomar Gattini IR optik ve yakın kızılötesi teleskoplarla çalışmak, Kasliwal’a Roma Teleskobu için RAPID sistemini tasarlamak için ihtiyaç duyduğu deneyimi verdi. Kasliwal, “Roma verileri geldikçe sürekli olarak görüntü farklılaştırması yapacağız. Değişen bir şey gördüğümüzde bir uyarı vereceğiz” diye açıklıyor. “Palomar’da bunu yapmak için çok fazla pratik yapıyoruz. Bir görüntü alıyoruz, onu önceki görüntülerle karşılaştırıyoruz ve yedi dakika sonra bir uyarı gönderiyoruz, böylece dünyanın her yerindeki gökbilimciler, gökyüzünde ilginç bir şeyin tam olarak nerede gerçekleştiğini biliyorlar. “

Kasliwal, Roma Teleskobu’nun piyasaya sürülmesinden önce RAPID’i hızlandırmak için bilim insanları ve yazılım profesyonellerinden oluşan bir ekibi “topluluğa hizmet edecek güvenilir ve sağlam bir veri hattı sunmak” amacıyla genişlettiğini söylüyor. Bu noktada RAPID’in, IPAC’ta ve Caltech kampüsündeki Cahill Astronomi ve Astrofizik Merkezi’nde görev yapan altı bilim adamından oluşan çekirdek bir ekibi bulunmaktadır. Her üye, makine öğrenimi, uyarı hatları, süpernovalar, yıldızlar, asteroitler ve benzeri konularda kendi uzmanlığını getiriyor. Kasliwal, “Şu anda simülasyonlarla çalışıyoruz” diyor. “Roman’ın veri akışının nasıl görünebileceğini öğrenmek için bu simülasyonlara, bir yıldızın devasa kara deliğe gerçekten yaklaştığı ve parçalandığı bir gelgit kesintisi patlamasının ortaya çıkması gibi senaryolar enjekte ediyoruz.”

Roma Teleskobu aynı zamanda Aralık 2021’den bu yana güneşin etrafında dönen bir başka kızılötesi gözlemevi olan NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu ile de görev paylaşabilecek. Kasliwal, “Roma keşif motoru olacak” diyor ve ardından James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanıyor. Spektroskopik takip ve ayrıntılı karakterizasyon yapabiliyoruz. Bu, örneğin belirli bir nötron yıldızı birleşmesinin hangi unsurlardan oluştuğunu öğrenmemize olanak tanıyacak.”

Roma misyonunun cevaplamaya hazır olduğu temel sorulardan biri, evrenin genişlemesinin ne kadar hızlı hızlandığıdır.

Evrenimizi doğuran büyük patlamayı daha iyi anlayabilmek için, Hindistan cevizi kabuğu olarak da bilinen, gökyüzünü dolduran devasa bir patlamanın olduğu bir havai fişek gösterisi hayal edin. Her şey, nokta atışı bir merkezden çıkan dramatik bir kıvılcım patlamasıyla başlıyor. Bu kıvılcımlar merkezden itibaren her yöne hızla ve eşit bir şekilde yayılır, ardından yavaş yavaş yavaşlayıp söner. Bizim evrenimizde olup biten bu değil. Genişlemesi yavaşlamak yerine daha da hızlanıyor.

Wang, “Bu, beklentilerimize aykırı” diyor, “çünkü eğer evrende var olan tek şey maddeyse, evrenin genişlemesi bugün yavaşlıyor olmalı. Hızlanması maddeden başka bir şeyin, belki de bir enerji biçiminin varlığını gerektirir. Biz ona karanlık enerji diyoruz çünkü bizim göremiyoruz. Bunun gerçekten bilinmeyen bir enerji bileşeni olup olmadığını ya da yerçekimi teorimizi (yani Albert Einstein’ın genel görelilik teorisini) hesaba katmamız gerekip gerekmediğini bilmiyoruz. Bu gözlemler için, bu çok büyük bir gizem, günümüzün kozmoloji ve fizik alanındaki en heyecan verici ve zorlu problemlerinden biri.”

Evrenin genişleme hızını ölçmenin üç yolu vardır ve Roma Teleskobu bunların hepsinden yararlanacaktır. Bunlardan ilki, daha önce de yapıldığı gibi Tip Ia süpernovalara bakmaktır. Bu süpernovaların hepsi kabaca aynı düzeyde parlaklığa sahip olduğundan, onlara “kozmolojik standart mumlar” adı verilmiştir. Bize yaklaştıkça daha da parlıyorlar. Uzaklaştığımızda (ki bu da zamanda geriye gidiyor, çünkü milyarlarca yıl öncesinden bize gelen ışığa bakıyoruz) daha sönük görünüyorlar.

İkinci yol, zayıf yerçekimsel merceklenme olarak adlandırılan, bizimle galaksiler arasında bulunan maddenin yerçekimi nedeniyle galaksilerden gelen ışığın hafifçe bükülmesi adı verilen bir olgudur. Galaksilerin şekillerinde ortaya çıkan ince değişikliklerin ölçümü, kozmik maddenin dağılımının yanı sıra karanlık enerjinin aktivitesini de araştırıyor. Doré’nin ekibi bu çabaya odaklanacak.

Doré, “Kütleçekimsel mercekleme bize tam bir madde sayımı yapmamızı sağlıyor. Roma Teleskobu ile evrenin çok geniş bir alanında böyle bir nüfus sayımı yapacağız ve bu da bize evren hakkında çok daha fazla şey öğretecek” diyor. “NASA, bu ekipleri oluşturarak, bu benzeri görülmemiş gözlemevinden en iyi şekilde yararlanmak için çok geniş bir bilimsel topluluğun zenginliğini ve çeşitliliğini alacağını kabul ediyor.”

Wang’ın ekibi, genişleyen evrenin ivmesini ölçmenin üçüncü yolu olan galaksi kırmızıya kayma araştırması için altyapıyı inşa edecek. Bu araştırma, gökbilimcilerin evrendeki galaksilerin üç boyutlu dağılımını görselleştirmesine, kozmik genişleme geçmişini ve evrendeki büyük ölçekli yapının büyüme geçmişini araştırmasına olanak tanıyor; her ikisi de karanlık enerjiye duyarlı. (Kırmızıya kayma terimi galaksilerin uzaklığını ifade eder; bir galaksi ne kadar uzak olursa, evrenin genişlemesi nedeniyle ışığı o kadar kırmızı dalga boylarına kaydırır veya uzatır.) Roma galaksisi kırmızıya kayma araştırması PIT, 11 katılımcı kurumdan oluşur. Caltech tarafından. Ekip, Avrupa Uzay Ajansı’nın Öklid misyonunun yanı sıra, yerdeki tesislerden gerçekleştirilen tüm mevcut ve planlanan galaksi kırmızıya kayma araştırmalarının liderlerini içeriyor.

Wang, “Roma Teleskobu çok uzaktaki galaksileri gözlemleyecek” diye açıklıyor. “Bunlar evrenin büyük ölçekli yapısının ideal izleyicileridir. Roma Teleskobu bu galaksi izleyicilerini çok geniş bir kırmızıya kayma aralığında (yani daha yakın ve daha uzak) kullanıyor ve bu da kozmosun tarihinde çok geniş bir aralığa dönüşüyor. Bu bilgiyle, bizden çeşitli uzaklıklardaki evrenin genişleme hızını neredeyse okuyabiliyoruz. Ancak Tip Ia süpernovaları ve zayıf yerçekimsel merceklenmeyi kullanan ek veri kümelerine sahip olarak, sonuçlarımızı çapraz kontrol edebiliriz. Bu yüzden 10 yıl içinde evrenin hızla genişlemesine neyin sebep olduğuna dair sorularımıza bazı gerçek yanıtlar bulabileceğimize inanıyorum.”

Wang, astronominin heyecanına ve romantizmine kapıldığını ve bundan keyif almaya devam ettiğini söylüyor. Wang, “Romantik olarak doğdum” diyor. “Bebekken babam beni sakinleştirmek için eski Çin şiirleri okurdu. Daha sonra büyüdüğümde gece gökyüzüne bakarken kendi kendime şiir okurdum. Kırsal bir bölgede büyüdüm. Hava çok karanlıktı. , yani gökyüzü muhteşemdi. Daha sonra Tsinghua Üniversitesi’nde okurken kozmoloji üzerine bir konferansa gittim. Hayretler içinde kaldım ve şöyle düşündüm, ‘Vay canına, bilimi kullanarak tüm evreni gerçekten inceleyebileceğini mi söylüyorsun?’ Ondan sonra kozmolog olma konusunda takıntılıydım.”

Kasliwal, Cornell Üniversitesi’nde mühendislik fiziği bölümünde lisans öğrencisi iken kızılötesi astronomiyi öğrendi. Kasliwal, “Astronomiye her zaman ilgi duymuştum ama astronom olmanın ne anlama geldiğine dair hiçbir fikrim yoktu” diyor. “O noktada çılgın bir rüya gibi geldi. Ama sonra 15 yıldan fazla süredir çalışan bir NASA kızılötesi uzay teleskobu olan Spitzer Uzay Teleskobu üzerindeki kızılötesi spektrometreyi yapan Jim Houck’un laboratuvarında bir iş buldum. Houck’un ekibinin veri topladığını gördüm ve her gün evren hakkında yeni bir şeyler öğrenirken çok heyecanlandım. Astronomiye olan ilgimi asıl çeken de buydu. Evren sizi tetikte tutuyor. Asla sıkıcı bir an olmaz.”

Bu arada Wang, “büyük düşünmekten korkmadığını” söylüyor. Şöyle ekliyor: “Sadece neyin önemli olduğunu, neyin önemli olduğunu, sorulması gereken anahtar soruların neler olduğunu düşünüyorum. Ödül, umarım keşifler olacaktır. Öyle ya da böyle keşifler olacaktır!”