Cuando el telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA se lanza a mediados de la década de 2020, revolucionará la astronomía al proporcionar un campo de visión panorámica al menos 100 veces mayor que el del Hubble con una nitidez de imagen similar, o resolución. El telescopio espacial romano inspeccionará el cielo hasta miles de veces más rápido de lo que se puede hacer con el Hubble. Esta combinación de campo amplio, alta resolución, y un enfoque de encuesta eficiente promete nuevos conocimientos en muchas áreas, particularmente en cómo se forman y evolucionan las galaxias a lo largo del tiempo cósmico. ¿Cómo se ensamblaron las estructuras más grandes del universo? ¿Cómo llegó nuestra galaxia, la Vía Láctea, a su forma actual? Estas son algunas de las preguntas que Roman ayudará a responder.

Las galaxias son conglomerados de estrellas, gas, polvo, y materia oscura. El más grande puede abarcar cientos de miles de años luz. Muchos se reúnen en cúmulos que contienen cientos de galaxias, mientras que otros están relativamente aislados.

La forma en que cambian las galaxias con el tiempo depende de muchos factores:por ejemplo, su historia de formación estelar, la rapidez con la que formaron estrellas con el tiempo, y cómo cada generación de estrellas influyó en la siguiente a través de explosiones de supernovas y vientos estelares. Para desentrañar estos detalles, los astrónomos necesitan estudiar un gran número de galaxias.

"Roman nos dará la capacidad de ver objetos débiles y de ver galaxias durante largos intervalos de tiempo cósmico. Eso nos permitirá estudiar cómo se ensamblan y transforman las galaxias, "dijo Swara Ravindranath, astrónomo del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland.

Si bien las imágenes de campo amplio serán importantes para los estudios de galaxias, igualmente importantes son las capacidades espectroscópicas de Roman. Un espectrógrafo toma la luz de un objeto y la esparce en un arco iris de colores conocido como espectro. De esta gama de colores, los astrónomos pueden obtener muchos detalles que de otro modo no estarían disponibles, como la distancia o la composición de un objeto. La capacidad de Roman para proporcionar un espectro de cada objeto dentro del campo de visión, combinado con imágenes romanas, permitirá a los astrónomos aprender más sobre el universo que solo a partir de imágenes o espectroscopía.

Revelando cuándo y dónde nacieron las estrellas

Las galaxias no forman estrellas a un ritmo constante. Se aceleran y desaceleran, formando más o menos estrellas, bajo la influencia de una variedad de factores, desde colisiones y fusiones hasta ondas de choque de supernova y vientos a escala de galaxias impulsados ​​por agujeros negros supermasivos.

Al estudiar el espectro de una galaxia en detalle, los astrónomos pueden explorar la historia de la formación de estrellas. "Usando Roman podemos estimar qué tan rápido las galaxias están formando estrellas y encontrar las galaxias más prolíficas que están produciendo estrellas a un ritmo enorme. Más importante aún, podemos descubrir no solo lo que está sucediendo en una galaxia en el momento en que lo observamos, pero cual ha sido su historia, "declaró Lee Armus, astrónomo en IPAC / Caltech en Pasadena, California.

Algunas galaxias precoces dieron a luz estrellas muy rápidamente durante un corto tiempo, solo para dejar de formar estrellas sorprendentemente temprano en la historia del universo, atravesando una rápida transición de vivaz a "muerta".

"Sabemos que las galaxias bloquean la formación de estrellas, pero no sabemos por qué. Con el amplio campo de visión de Roman, tenemos más posibilidades de capturar estas galaxias en el acto, "dijo Kate Whitaker, astrónomo de la Universidad de Massachusetts en Amherst.

Creciendo la Web Cósmica

Incluso cuando las galaxias mismas han crecido con el tiempo, también se han reunido en grupos para formar intrincadas estructuras de miles de millones de años luz de diámetro. Las galaxias tienden a acumularse en burbujas, hojas, y filamentos, creando una vasta red cósmica. Combinando imágenes de alta resolución, que da la posición de una galaxia en el cielo, con espectroscopia, que proporciona una distancia, los astrónomos pueden mapear esta red en tres dimensiones y aprender sobre la estructura a gran escala del universo.

La expansión del universo extiende la luz desde galaxias distantes a más largas, longitudes de onda más rojas:un fenómeno llamado desplazamiento al rojo. Cuanto más distante está una galaxia, mayor es su corrimiento al rojo. Los detectores de infrarrojos de Roman son ideales para capturar la luz de esas galaxias. Las galaxias más distantes también son más débiles y más difíciles de detectar. Combinando esto con el hecho de que algunos tipos de galaxias son raros, tienes que buscar en un área más grande del cielo con un observatorio más sensible para encontrar los objetos que a menudo tienen las historias más interesantes que contar.

"Ahora, con telescopios como el Hubble podemos tomar muestras de decenas de galaxias con alto corrimiento al rojo. Con Roman, podremos tomar muestras de miles, "explicó Russell Ryan, un astrónomo en STScI.

Buscando lo desconocido

Si bien los astrónomos pueden anticipar muchos de los descubrimientos del Telescopio Espacial Romano, quizás lo más emocionante sea la posibilidad de encontrar cosas que nadie podría haber predicho. Observaciones típicas de alta resolución de observatorios espaciales como el Hubble, apuntar a objetos específicos para una investigación detallada. El enfoque de la encuesta de Roman arrojará una amplia red, abriendo así un nuevo "espacio de descubrimiento".

"Roman sobresaldrá en incógnitas desconocidas. Ciertamente encontrará raras, cosas exóticas que no esperamos, "dijo Ryan.

"Los estudios combinados de imágenes y espectroscopía de Roman reunirán las 'pepitas de oro' que nunca hubiéramos extraído de otra manera, "añadió Ravindranath.