No es de extrañar que los astrónomos estén entusiasmados por el lanzamiento del próximo proyecto de telescopio espacial Big Space de la NASA, el Nancy Grace Roman Telescope.
Investigaciones recientes han sugerido que romanoactualmente se lanzará a más tardar en mayo de 2027, descubrirá hasta 100,000 poderosas explosiones cósmicas mientras realiza el Encuesta de dominio de tiempo de alta latitud Programa de observación.
Estos eventos poderosos y violentos incluirán supernovas que indican la muerte de estrellas masivas, kilonovasque ocurren cuando dos de las estrellas muertas más extremas del universo, o “estrellas de neutrones”, golpean juntos y “eructos” de alimentando agujeros negros supermasivos. Roman incluso podría detectar la destrucción explosiva del universo Primera generación de estrellas.
Estas explosiones podrían ayudar a los científicos a descifrar el misterio de energía oscurael nombre del marcador de posición para la fuerza extraña que está causando el expansión del universo acelerar y una multitud de otros enigsos cósmicos.
“Ya sea que desee explorar la energía oscura, las estrellas moribundas, las potencias galácticas, o probablemente incluso cosas completamente nuevas que nunca antes habíamos visto, esta encuesta será una mina de oro”, el líder de investigación Benjamin Rose, profesor asistente de la Universidad de Baylor, dijo en un comunicado.
¡Roman cazará enanos blancos que van a boom!
La encuesta de dominio de tiempo de alta latitud obtendrá sus resultados explosivos escaneando la misma gran región del espacio cada cinco días durante un período de dos años.
Estas observaciones se “unirán” para crear películas que revelen una gran cantidad de explosiones cósmicas.
Muchos de estos serán Tipo de supernovasun tipo de explosión cósmica que ocurre cuando una “estrella muerta” o alimentos enanos blancos en una estrella complementaria tan vorazmente que sopla su parte superior.
Estas explosiones cósmicas son vitales para los astrónomos porque su salida de luz y brillo máximo son tan regulares desde el evento hasta el evento que pueden usarse para medir distancias cósmicas. Esta regularidad significa que los astrónomos se refieren a las supernovas de tipo IA como “velas estándar”.
Esta nueva investigación, que simuló toda la encuesta de dominio de tiempo de alta latitud de Roman, sugiere que el telescopio espacial podría revelar hasta 27,000 nuevas supernovas de tipo IA. Eso es aproximadamente 10 veces más de estos enano blanco destruyendo explosiones como la cosecha combinada de todas las encuestas anteriores.
Al observar las velas estándar a través de diferentes distancias, los astrónomos esencialmente están mirando hacia atrás en el tiempo cósmico, y eso les permite determinar qué tan rápido se expandió el universo en estos tiempos.
Por lo tanto, tal riqueza de supernovas tipo IA debería revelar pistas sobre los secretos de la energía oscura. Esto podría ayudar a verificar los hallazgos recientes del Instrumento espectroscópico de energía oscura (DESI) que sugiere que esta extraña fuerza es en realidad debilitándose con el tiempo.
“Completar estos vacíos de datos también podría llenar los vacíos en nuestra comprensión de la energía oscura”, explicó Rose. “La evidencia aumenta de que la energía oscura ha cambiado con el tiempo, y Roman nos ayudará a comprender ese cambio al explorar la historia cósmica de manera que otros telescopios no puedan”.
Las estrellas moribundas cuentan la historia del ciclo de vida estelar
El equipo estima que hasta 60,000 de las 100,000 explosiones cósmicas que podrían ser detectadas por Roman serán las llamadas “Supernovas de colapso central”.
Estos ocurren cuando las estrellas masivas al menos 8 veces más pesadas que el sol alcanzan el final de su combustible nuclear y ya no pueden apoyarse contra el colapso gravitacional.
A medida que los núcleos de estas estrellas colapsan rápidamente, las capas externas se eliminan en las supernovas, difundiendo los elementos forjados por estas estrellas a través del cosmos para convertirse en los bloques de construcción de la próxima generación de estrellas, sus planetas y tal vez incluso las formas de vida que viven en dichos planetas. Core Collapse Supernovas dejan atrás estrellas de neutrones o agujeros negrosdependiendo de la masa de la estrella progenitora.
Esto significa que si bien no pueden evitar desentrañar el misterio de la energía oscura como las supernovas de tipo IA pueden, pueden contar la historia de la vida y la muerte estelares.
“Al ver la forma en que la luz de un objeto cambia con el tiempo y dividiéndola en espectros: colores individuales con patrones que revelan información sobre el objeto que emitió la luz, podemos distinguir entre todos los diferentes tipos de destellos que Roman verá el miembro del equipo de investigación Rebekah Hounsell del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. “Con el conjunto de datos que hemos creado, los científicos pueden entrenar algoritmos de aprendizaje automático para distinguir entre diferentes tipos de objetos y tamizar a través del aguacero de datos de Roman para encontrarlos.
“Mientras busca supernovas de tipo IA, Roman recolectará muchos ‘capturas incidentales’ cósmicas, otros fenómenos que no son útiles para algunos científicos, pero que serán invaluables para otros”.
Gemas cósmicas raras y kilonovas de oro puro
Uno de los eventos más raros que Roman también podría detectar ocurre cuando los agujeros negros devoran estrellas desafortunadas que deambulan demasiado cerca de ellos.
Durante estos Eventos de interrupción de marea (TDES), la estrella condenada es destrozada por la tremenda influencia gravitacional del agujero negro a través de las inmensas fuerzas de marea que genera.
Aunque gran parte de la estrella es consumida por el agujero negro, estos titanes cósmicos son comedoraslo que significa que la gran cantidad de ese material estelar se vomita a velocidades que se acercan a Velocidad de la luz.
Este chorro de materia y el material estelar de la estrella destruida que se asienta alrededor del agujero negro en una nube de remolino aplanada llamada un disco de acreción genera emisiones a través del espectro electromagnético.
Roman cazará estas emisiones para detectar TDE, con este equipo prediciendo que la encuesta de dominio de tiempo de alta latitud aparecerá alrededor de 40 de estos eventos que destruyen las estrellas.
Incluso más esquivo que los TDE son kilonovas, explosivas explosiones de luz que ocurren cuando dos Las estrellas de neutrones se rompen y se fusionan.
El equipo estima que Roman podría descubrir alrededor de 5 kilonovas nuevos, y aunque esta es una pequeña cosecha, estas observaciones podrían ser vitales para comprender de dónde provienen los metales preciosos como el oro y la plata.
Aunque la mayoría de los elementos que vemos a nuestro alrededor se generan en el corazón de las estrellas, incluso estos hornos estelares carecen de las presiones y temperaturas necesarias para formar elementos más pesados que el hierro. Se cree que los entornos alrededor de las colisiones de estrellas de neutrones son los únicos hornos en el cosmos lo suficientemente extremo como para generar elementos como oro, plata y plutonio.
Estos comenzarían la vida como elementos aún más pesados que son inestables y se descomponen rápidamente. Esta descomposición libera la luz vista como kilonovas, y por lo tanto estudiar esa luz es vital para comprender ese proceso.
El estudio de Kilonovas también podría ayudar a determinar qué tipos de cuerpos celestes se crean cuando las estrellas de neutrones se fusionan. Esta podría ser una estrella de neutrones aún más grande que se derrumba rápidamente en un agujero negro, un agujero negro formado inmediatamente o algo completamente nuevo y sin pensar.
Hasta ahora, los astrónomos solo han confirmado definitivamente la detección de un Kilonova, lo que significa que incluso otros cinco serían una verdadera bendición para la ciencia.
Roman busca inestabilidad en las primeras estrellas
Quizás el descubrimiento de explosión cósmica más emocionante que podría hacer Roman sería la observación de la extraña muerte explosiva de las primeras estrellas del universo.
Actualmente, se teoriza que estas primeras estrellas masivas pueden haber muerto de manera diferente a las estrellas modernas.
En lugar de someterse al colapso central descrito anteriormente, rayos gamma Dentro de las primeras estrellas podrían haber generado pares de materia antimateria en forma de electrones y positrones. Estas partículas se reunirían y se aniquilarían dentro de la estrella, y esto liberaría energía, lo que resultaría en una autodetonación llamada “Supernova de pareja”.
Estas explosiones son tan poderosas que se teorizan que no dejan nada atrás, salvo la huella digital de los elementos generados durante la vida de esa estrella.
Hasta el momento, los astrónomos tienen docenas de candidatos para Supernovas de parejapero ninguno ha sido confirmado. La simulación del equipo sugiere que Roman podría aparecer hasta diez supernovas de pareja confirmadas.
“Creo que Roman hará la primera detección confirmada de una supernova de pareja”, dijo Rose. “Están increíblemente lejos y muy raros, por lo que necesitas un telescopio que pueda encuestar gran parte del cielo a un nivel de exposición profunda con luz de infrarrojo cercano, y eso es romano”.
El equipo tiene la intención de realizar una simulación adicional del estudio de Roman del cosmos, lo que podría indicar su capacidad para detectar e incluso más amplia variedad de eventos poderosos y violentos, tal vez incluso algunos que aún no han sido teorizados.
“Roman encontrará un montón de cosas extrañas y maravillosas en el espacio, incluidos algunos que aún no hemos pensado”, concluyó Hounsell. “Definitivamente esperamos lo inesperado”.
Esta investigación fue publicada el martes (15 de julio) en The Astrophysical Journal.