Un equipo de científicos ha predicho el regreso de la ciencia a partir de una de las encuestas pioneras del Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA, que analizará millones de galaxias dispersas por el espacio y el tiempo. Los panoramas masivos y profundos de la misión brindarán la mejor oportunidad hasta ahora para distinguir entre las principales teorías sobre lo que está acelerando la expansión del universo.

Roman explorará este misterio utilizando múltiples métodos, incluida la espectroscopia, el estudio de la información del color en la luz. Esta tecnología permitirá a los científicos medir con precisión la velocidad de expansión del universo en diferentes eras cósmicas y rastrear cómo evolucionó el universo.

«Nuestro estudio predice que la encuesta de espectroscopia científica de Roman permitirá y demostrará cómo varias modificaciones pueden mejorar su diseño», dijo Yun Wang, científico investigador sénior de Caltech/IPAC en Pasadena, California, y autor principal del estudio. Como Centro Rumano de Apoyo a la Ciencia, IPAC será responsable del procesamiento de datos de espectroscopia de la misión, mientras que el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore será responsable del procesamiento de datos de imágenes científicas, la creación de catálogos y el soporte de canalizaciones de procesamiento de datos de cosmología. «Si bien esta encuesta está diseñada para explorar la aceleración cósmica, también proporcionará pistas sobre muchos otros misterios desconcertantes. Nos ayudará a comprender las galaxias de primera generación, nos permitirá mapear la materia oscura e incluso revelará información sobre estructuras más cercanas a casa, ¿verdad?» en nuestra colección galaxias locales.”

El Telescopio Espacial Romano, cuyo lanzamiento está previsto para mayo de 2027, proporcionará una enorme vista del universo que ayudará a los científicos a estudiar los misterios cósmicos de una manera sin precedentes. Cada imagen contendrá medidas precisas de varios cuerpos celestes para que los estudios estadísticos poco prácticos puedan llevarse a cabo con telescopios con vistas estrechas.

En los planes actuales, Roman Escaneo espectral Cubrirá aproximadamente 2000 grados cuadrados, o alrededor del 5% del cielo, en poco más de siete meses. Los resultados del equipo mostraron que la encuesta debería revelar distancias precisas para 10 millones de galaxias, ya que el universo tenía entre 3 y 6 mil millones de años, ya que la luz que llega al telescopio comenzó su viaje cuando el universo era mucho más joven. Estas medidas permitirán a los astrónomos mapear la estructura del universo a gran escala, similar a una red. La encuesta también revelará las distancias de 2 millones de galaxias incluso antes en la historia del universo, cuando tenían solo 2-3 mil millones de años, una región inexplorada en una estructura cósmica a gran escala.

Los resultados del equipo han sido publicados en Diario astrofísico.

lectura del arcoiris

Casi toda la información que recibimos del espacio proviene de la luz. Roman usará la luz para tomar fotografías, pero también estudiará la luz dividiéndola en colores individuales. Los patrones de longitud de onda detallados, llamados espectros, revelan información sobre el objeto que emite la luz, incluida la rapidez con la que se aleja de nosotros. Los astrónomos llaman a este fenómeno «corrimiento al rojo» porque cuando un objeto retrocede, todas las ondas de luz que recibimos de él se estiran y se dirigen hacia longitudes de onda rojas.

En la década de 1920, los astrónomos Georges Lemaitre y Edwin Hubble utilizaron corrimientos al rojo para hacer el sorprendente descubrimiento de que las galaxias, con muy pocas excepciones, se alejan de nosotros y entre sí a diferentes velocidades dependiendo de la distancia entre ellas. Al determinar qué tan rápido se alejan las galaxias de nosotros, lo que implica la constante expansión del espacio, los astrónomos pueden decir qué tan lejos están: cuanto más corrido hacia el rojo es el espectro de una galaxia, más lejos.

El estudio espectroscópico de Roman creará un mapa 3D del universo midiendo las distancias y ubicaciones exactas de millones de galaxias. Aprender cómo varía la distribución de galaxias con la distancia y, por lo tanto, con el tiempo, nos dará una idea de qué tan rápido se ha expandido el universo en diferentes edades cósmicas.

Este estudio también correlacionará las distancias de las galaxias con los ecos de las ondas de sonido justo después del Big Bang. Estas ondas sonoras se llaman oscilaciones acústicas bariónicas (BAO), ha crecido con el tiempo debido a la expansión del espacio y ha dejado su huella en el universo al influir en la distribución de las galaxias. Para cualquier galaxia moderna, es mucho más probable que encontremos otra galaxia a unos 500 millones de años luz de distancia que un poco más cerca o más lejos.

Mirando más lejos en el universo, a tiempos cósmicos anteriores, significa que esta distancia física preferida entre las galaxias, los restos de las ondas BAO, está disminuyendo. Esto proporciona una medida de la historia de expansión del universo. El corrimiento al rojo de una galaxia también codifica información sobre su movimiento debido a la gravedad de sus vecinas, llamadas anomalías del corrimiento al rojo en el espacio, que ayudan a los astrónomos a rastrear la historia de crecimiento de estructuras a gran escala. Aprender sobre la forma en que se expandió el universo y cómo ha crecido su estructura con el tiempo permitirá a los científicos explorar la naturaleza de la aceleración cósmica y probar la teoría de la gravedad de Einstein sobre la vida del universo.

Energía Oscura vs. Gravedad Modificada

A medida que el universo se expande, la gravedad de la materia dentro de él debe frenar esta expansión. Los astrónomos se sorprendieron al saber que la expansión del universo se está acelerando porque significa que algo en nuestra imagen del universo está mal o está incompleto. El misterio se puede explicar agregando un nuevo elemento de energía al universo, que los científicos llamaron energía oscurao podría indicar que la teoría de la gravedad de Einstein, la teoría general de la relatividad, debe modificarse.

Cambiar ecuaciones que describen algo tan básico como la gravedad puede parecer extremo, pero ya se ha hecho antes. La ley de gravitación de Isaac Newton no pudo explicar algunas de las cosas que notaron los astrónomos, como un pequeño pero misterioso movimiento en la órbita de Mercurio.

Los astrónomos finalmente se dieron cuenta de que la teoría general de la relatividad de Einstein era completamente responsable de los problemas que surgieron, como el cambio orbital de Mercurio. El cambio de la descripción de la gravedad de Newton a la de Einstein implicó la transformación de la física moderna al cambiar la forma en que vemos el espacio y el tiempo: interconectados, en lugar de separados y fijos.

La aceleración cósmica puede ser una señal de que la teoría de la gravedad de Einstein todavía no es del todo correcta. La relatividad general se ha probado muy bien en escalas físicas del tamaño de nuestro sistema solar, pero menos cuando pasamos a escalas cósmicas más grandes. El equipo simuló la actuación de Roman y demostró que las imágenes 3D masivas y profundas del universo proporcionarían una de las mejores oportunidades hasta ahora para distinguir entre las principales teorías que intentan explicar la aceleración cósmica.

«Podemos esperar una nueva física de cualquier manera, ya sea que sepamos que la aceleración cósmica es causada por la energía oscura o que descubramos que tenemos que modificar la teoría de la gravedad de Einstein», dijo Wang. «Roman probará ambas teorías al mismo tiempo».

El Telescopio Espacial Nancy Grace Roman se opera en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, con la participación del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, Caltech/IPAC en el sur de California, el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore y un equipo científico que incluye científicos de varias instituciones de investigación. Los principales socios industriales son Ball Aerospace and Technologies Corporation en Boulder, Colorado; L3Harris Technologies en Melbourne, Florida; y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California.