Il telescopio spaziale Nancy Grace Roman, intitolato alla prima astronoma capo della NASA, rappresenta un passo avanti pionieristico nella nostra ricerca per comprendere l’universo. Previsto per il lancio entro maggio 2027, questo osservatorio all’avanguardia è progettato per esplorare i misteri dell’energia oscura, esaminare gli esopianeti e svelare il tasso di espansione dell’universo con una chiarezza senza precedenti. Utilizzando tecnologie avanzate per osservare l’universo in ampie e dettagliate sezioni, il telescopio spaziale Roman fornirà intuizioni fondamentali sul cosmo, migliorando la nostra conoscenza della composizione, struttura ed evoluzione dell’universo.
Il telescopio spaziale Roman e l’uso di eventi rari per calcolare il tasso di espansione dell’universo
Gli astronomi che indagano su uno dei misteri più pressanti del cosmo – il tasso di espansione dell’universo - si stanno preparando a studiare questo enigma in un modo nuovo utilizzando il telescopio spaziale Nancy Grace Roman della NASA. Una volta lanciato entro maggio 2027, gli astronomi esploreranno le ampie sezioni di immagini di Roman alla ricerca di supernove lente gravitazionali, che possono essere utilizzate per misurare il tasso di espansione dell’universo.
La tensione di Hubble e l’energia oscura
Esistono diversi modi indipendenti con cui gli astronomi possono misurare il tasso di espansione attuale dell’universo, noto come costante di Hubble. Diverse tecniche hanno prodotto valori diversi, noti come tensione di Hubble. Gran parte delle indagini cosmologiche di Roman sarà incentrata sull’elusiva energia oscura, che influisce su come l’universo si sta espandendo nel tempo.
Uno strumento primario per queste indagini è un metodo piuttosto tradizionale, che confronta la luminosità intrinseca di oggetti come le supernove di tipo Ia con la loro luminosità percepita per determinare le distanze. In alternativa, gli astronomi potrebbero utilizzare Roman per esaminare le supernove lente gravitazionali. Questo metodo di esplorazione della costante di Hubble è unico rispetto ai metodi tradizionali perché si basa su metodi geometrici e non sulla luminosità.
La promessa della lente gravitazionale
“Roman è lo strumento ideale per far decollare lo studio delle supernove lente gravitazionali”, ha affermato Lou Strolger dell’Istituto di Scienza del Telescopio Spaziale (STScI) di Baltimora, co-leader del team che si prepara allo studio di questi oggetti con Roman. “Sono rare e molto difficili da trovare. Abbiamo dovuto avere fortuna nel rilevare alcune di esse abbastanza presto. Il vasto campo visivo di Roman e l’imaging ripetuto ad alta risoluzione aiuteranno quelle possibilità”.
Utilizzando vari osservatori come il telescopio spaziale Hubble della NASA e il telescopio spaziale James Webb, gli astronomi hanno scoperto solo otto supernove lente gravitazionali nell’universo. Tuttavia, solo due di queste otto sono state candidate valide per misurare la costante di Hubble a causa del tipo di supernove che sono e della durata del loro imaging ritardato nel tempo.
Spiegazione della lente gravitazionale
La lente gravitazionale si verifica quando la luce di un oggetto come un’esplosione stellare, diretta verso la Terra, passa attraverso una galassia o un ammasso di galassie e viene deviata dal campo gravitazionale immenso. La luce si divide lungo percorsi diversi e forma molteplici immagini della supernova nel cielo come la vediamo noi. A seconda delle differenze tra i percorsi, le immagini della supernova appaiono ritardate di ore, mesi o addirittura anni. Misurare con precisione questa differenza nei tempi di arrivo tra le molteplici immagini porta a una combinazione di distanze che limitano la costante di Hubble.
“Esplorare queste distanze in un modo fondamentalmente diverso rispetto ai metodi più comuni, con lo stesso osservatorio in questo caso, può aiutare a far luce sul perché varie tecniche di misurazione hanno prodotto risultati diversi”, ha aggiunto Justin Pierel dello STScI, co-leader di Strolger nel programma.
Trovare l’ago nel pagliaio
Le ampie indagini di Roman saranno in grado di mappare l’universo molto più velocemente di quanto possa fare Hubble, con il telescopio “che vede” più di 100 volte l’area di Hubble in una singola immagine.
“Piuttosto che raccogliere diverse immagini di alberi, questo nuovo telescopio ci permetterà di vedere l’intera foresta in un’unica istantanea”, ha spiegato Pierel.
In particolare, l’indagine High Latitude Time Domain Survey osserverà la stessa area del cielo ripetutamente, il che consentirà agli astronomi di studiare obiettivi che cambiano nel tempo. Questo significa che ci sarà una quantità straordinaria di dati – oltre 5 miliardi di pixel ogni volta – da setacciare per trovare questi eventi molto rari.
Un team guidato da Strolger e Pierel presso lo STScI sta gettando le basi per trovare supernove lente gravitazionali nei dati di Roman attraverso un progetto finanziato dal programma di opportunità di ricerca e partecipazione al supporto del telescopio spaziale Nancy Grace Roman della NASA.
“Poiché queste sono rare, sfruttare appieno il potenziale delle supernove lente gravitazionali dipende da un alto livello di preparazione”, ha detto Pierel. “Vogliamo rendere tutti gli strumenti per trovare queste supernove pronti in anticipo in modo da non perdere tempo a setacciare terabyte di dati quando arriveranno”.
Il progetto sarà realizzato da un team di ricercatori provenienti da vari centri NASA e università di tutto il paese.
La preparazione avverrà in diverse fasi. Il team creerà pipeline di riduzione dei dati progettate per rilevare automaticamente le supernove lente gravitazionali nell’imaging di Roman. Per addestrare queste pipeline, i ricercatori creeranno anche immagini simulate: sono necessarie 50.000 lenti simulate e attualmente ne sono conosciute solo 10.000 reali.
Le pipeline di riduzione dei dati create dal team di Strolger e Pierel completeranno le pipeline create per studiare l’energia oscura con le supernove di tipo Ia.
“Roman è davvero la prima opportunità per creare un campione di riferimento di supernove lente gravitazionali”, ha concluso Strolger. “Tutte le nostre preparazioni ora produrranno tutti i componenti necessari per garantire che possiamo sfruttare efficacemente l’enorme potenziale per la cosmologia”.
Il telescopio spaziale Nancy Grace Roman è gestito presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, con la partecipazione del Jet Propulsion Laboratory della NASA e del Caltech/IPAC nel sud della California, dell’Istituto di Scienza del Telescopio Spaziale di Baltimora e di un team scientifico composto da scienziati di varie istituzioni di ricerca. I principali partner industriali sono Ball Aerospace and Technologies Corporation di Boulder, Colorado; L3Harris Technologies di Melbourne, Florida; e Teledyne Scientific & Imaging di Thousand Oaks, California.
