El telescopio Roman de la NASA explorará 100 veces más cielo que Hubble

El telescopio espacial Roman de la NASA se encuentra a solo dos días de su lanzamiento, marcando el inicio de la siguiente misión emblemática de astrofísica de la agencia, tras el telescopio espacial James Webb. Los investigadores de la Universidad de Arizona estarán atentos desde Cabo Cañaveral mientras Roman inicia su camino hacia las operaciones científicas, que se espera comiencen en enero de 2027.

A diferencia de Webb, que fue diseñado para estudiar regiones relativamente pequeñas del universo con gran profundidad, Roman está concebido para realizar un rápido sondeo de vastas áreas del cielo. Ambos observatorios pueden detectar luz infrarroja, lo que permitirá a los astrónomos comparar y combinar sus observaciones. Juntos, estos dos telescopios podrían revelar mucho más sobre el universo de lo que cada uno podría lograr por separado.

Un espejo del tamaño de Hubble con un campo de visión mucho más amplio

El telescopio Roman cuenta con un espejo primario de 2.4 metros de diámetro, igual al del telescopio espacial Hubble, y está equipado con dos instrumentos científicos principales. Su Instrumento Coronográfico bloqueará y filtrará la luz de las estrellas para que los astrónomos puedan estudiar exoplanetas y los discos que los rodean. Por su parte, el Instrumento de Campo Amplio está diseñado para igualar la sensibilidad de las cámaras de Hubble, pero abarcando un área 100 veces más grande.

En más de 30 años, Hubble ha observado aproximadamente el 0.1% del cielo nocturno. En contraste, Roman tiene el potencial de realizar un sondeo de todo el cielo con la misma resolución.

Esta amplia visión permitirá a Roman descubrir objetos raros tanto cercanos a la Tierra como a enormes distancias cósmicas. Se espera que capture estrellas moribundas, mundos recién descubiertos, cúmulos de galaxias y muchos otros objetivos. Los investigadores de la Universidad de Arizona contribuirán en varias áreas importantes de la ciencia de Roman.

Investigando la materia oscura y la energía oscura

Uno de los principales objetivos científicos de Roman es investigar la materia oscura y la energía oscura, dos componentes misteriosos que constituyen casi la totalidad del universo. La materia oscura ejerce gravedad pero no emite luz, mientras que la energía oscura está asociada con la expansión acelerada del universo.

La NASA seleccionó el Laboratorio de Cosmología de Arizona para apoyar dos esfuerzos destinados a comprender mejor estos fenómenos, incluyendo un equipo de ciencia de campo amplio y un equipo de infraestructura del proyecto.

La profesora de astronomía y física, Elisabeth Krause, lidera el equipo de ciencia de campo amplio "Lente Cinemática con el Telescopio Espacial Roman". Este grupo recibió 2 millones de dólares para desarrollar una técnica de medición cosmológica conocida como lente cinemática.

Al combinar imágenes de Roman con mediciones espectroscópicas, los investigadores esperan estudiar la materia oscura y la energía oscura con mayor precisión que antes.

Otro grupo de la Universidad de Arizona desempeñará un papel importante en el equipo de infraestructura del proyecto multiinstitucional "Maximizando la Ciencia Cosmológica con la Encuesta de Imágenes de Alta Latitud de Roman". Tim Eifler, profesor de astronomía y física, lidera el grupo de trabajo responsable de interpretar las observaciones cosmológicas de Roman.

Transformando los sondeos de galaxias en un mapa del universo

Roman identificará galaxias a diversas distancias, determinará su ubicación y medirá sus características. Los astrónomos utilizarán esas observaciones para construir grandes catálogos y luego aplicar modelos físicos para entender lo que esos catálogos revelan sobre la estructura y evolución del universo.

Estos cálculos requerirán un poder computacional considerable. El Proyecto Roman de la NASA otorgó al laboratorio de Eifler 800,000 dólares para recursos computacionales que formarán parte de un nuevo sistema de computación de alto rendimiento a nivel universitario que se espera llegue este otoño. El laboratorio también recibirá otros 2.4 millones de dólares en cinco años para llevar a cabo la ciencia.

"Esta infraestructura nos llevará de los catálogos a la interpretación cosmológica", dijo Eifler. "Podremos determinar cuánta energía oscura y materia oscura hay en el universo".

Eifler también es co-presidente del grupo de cosmología, que incluye a más de 1,000 científicos de todo el mundo.

"Es fantástico unir a la comunidad y organizarnos en torno a este caso científico", afirmó. "Este realmente es un trabajo soñado".

Imágenes directas de planetas distantes

El Instrumento Coronográfico de Roman utilizará máscaras, prismas, detectores, filtros y espejos auto-flexibles para demostrar tecnologías capaces de suprimir la luz estelar. Al reducir el deslumbrante brillo de una estrella anfitriona, los astrónomos podrán obtener imágenes directas de planetas cercanos y discos que, de otro modo, serían extremadamente difíciles de observar.

La obtención de imágenes directas representa un importante avance en la ciencia de exoplanetas. Casi todos los exoplanetas conocidos han sido descubiertos indirectamente, incluyendo métodos que detectan la leve caída en el brillo de una estrella cuando un planeta pasa frente a ella.

El coronógrafo de Roman ayudará a los astrónomos a buscar planetas bloqueando el deslumbramiento de sus estrellas. Se espera que el instrumento detecte planetas que son 100 millones de veces más tenues que sus estrellas anfitrionas, un rendimiento de 100 a 1,000 veces mejor que los coronógrafos basados en el espacio existentes.

"Será un camino crucial para un futuro Observatorio de Mundos Habitables", un telescopio recomendado que estaría diseñado específicamente para buscar signos de vida en otros sistemas solares, dijo Schuyler Wolff, profesor asociado de astronomía que lidera el grupo de planificación de observaciones para el Instrumento Coronográfico.

Preparando las observaciones de exoplanetas de Roman

El director del Laboratorio Lunar y Planetario, Mark Marley, el profesor asociado de astronomía Ewan S. Douglas, el profesor asistente de investigación del Steward Observatory Ramya Anche y el asociado de investigación postdoctoral en astronomía Justin Hom también ayudaron a desarrollar el Instrumento Coronográfico. Participarán en la ciencia futura a través del grupo de planificación de observaciones.

Marley, junto con el profesor asociado de LPL Ty Robinson y el asociado de investigación postdoctoral de LPL Zarah Brown, utilizarán datos del Instrumento Coronográfico para estudiar las atmósferas de planetas más allá de nuestro sistema solar.

Brown ha estado modelando los climas y espectros de planetas gigantes autoluminosos. Estos mundos suelen ser jóvenes y lo suficientemente calientes como para emitir su propia luz infrarroja térmica.

El modelo predice la temperatura atmosférica, la composición y las nubes, junto con el espectro infrarrojo que cada objeto debería producir. Estas predicciones son especialmente importantes porque la mayoría de estos planetas nunca han sido observados en estas longitudes de onda.

"Ese espectro predicho es crítico para la planificación", dijo Brown. "El coronógrafo de Roman está trabajando con objetivos extremadamente tenues y de alto contraste, por lo que el equipo tiene que programar suficiente tiempo de observación para detectar un candidato sin consumir más tiempo del limitado de la misión de lo necesario".

El equipo de Anche está examinando la estructura de sistemas extrasolares, mientras que Hom lidera esfuerzos para identificar las mejores estrellas para calibrar el Instrumento Coronográfico. Hom también lidera programas de observación previos con telescopios terrestres, un trabajo esencial para confirmar qué objetivos deberían ser seleccionados para futuros programas científicos de Roman.

La ciencia de Roman comenzará en enero de 2027

Una vez que Roman comience las operaciones científicas en enero, sus datos estarán disponibles para investigadores de toda la comunidad científica.

La Universidad de Arizona liderará nueve investigaciones aprobadas por la NASA utilizando datos de Roman, generando más de 2 millones de dólares en financiamiento. Los investigadores utilizarán esas observaciones para investigar temas adicionales, incluyendo agujeros negros supermasivos, lentes gravitacionales, formación de galaxias, reionización y polvo cósmico.