El universo es un lugar dinámico y en constante cambio donde las galaxias bailan, se fusionan y cambian de apariencia. Desafortunadamente, debido a que estos cambios tardan millones o miles de millones de años, los telescopios solo pueden proporcionar instantáneas, comprimidas en una vida humana.
Sin embargo, las galaxias dejan pistas sobre su historia y cómo llegaron a existir. El próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA tendrá la capacidad de buscar estos fósiles de formación de galaxias con imágenes de alta resolución de galaxias en el universo cercano.
Los astrónomos, a través de una subvención de la NASA, están diseñando un conjunto de posibles observaciones llamado RINGS (Roman Infrared Nearby Galaxies Survey) que recopilaría estas imágenes notables, y el equipo está produciendo herramientas disponibles públicamente que la comunidad astronómica puede usar una vez que Roman se lance y comience a tomar datos. El sondeo RINGS es un concepto preliminar que puede o no ser implementado durante la misión científica de Roman.
Roman está especialmente preparado para RINGS debido a su resolución similar a la del Telescopio Espacial Hubble de la NASA y su amplio campo de visión, 200 veces mayor que el del Hubble en el infrarrojo, lo que lo convierte en un telescopio de sondeo del cielo que complementa las capacidades de campo estrecho del Hubble.
Arqueólogos Galácticos
Los científicos solo pueden observar breves ejemplos en la vida de las galaxias en evolución que eventualmente conducen a las galaxias completamente formadas que nos rodean hoy. Como resultado, la formación de galaxias puede ser difícil de rastrear.
Afortunadamente, las galaxias dejan indicios de su evolución en sus estructuras estelares, casi como los organismos en la Tierra pueden dejar huellas en las rocas. Estos "fósiles" galácticos son grupos de estrellas antiguas que contienen la historia de la formación y evolución de la galaxia, incluida la química de la galaxia cuando se formaron esas estrellas.
Estos fósiles cósmicos son de particular interés para Robyn
Sanderson, investigadora principal adjunta de RINGS en la Universidad de Pensilvania en Filadelfia. Describe el proceso de análisis de las estructuras estelares de las galaxias como "como pasar por una excavación y tratar de separar los huesos y volver a unirlos".
La alta resolución de Roman permitirá a los científicos seleccionar estos fósiles galácticos, utilizando estructuras que van desde largas colas de marea en las afueras de una galaxia hasta corrientes estelares dentro de la galaxia. Estas estructuras a gran escala, que Roman es capaz de capturar, pueden dar pistas sobre la historia de fusión de una galaxia. El objetivo, dice Sanderson, es "volver a ensamblar estos fósiles para mirar hacia atrás en el tiempo y comprender cómo se formaron estas galaxias".
Arrojando luz sobre la materia oscura
RINGS también permitirá seguir investigando una de las sustancias más misteriosas del universo: la materia oscura, una forma invisible de materia que constituye la mayor parte de la masa de una galaxia. Una clase de objetos particularmente útil para probar las teorías de la materia oscura son las galaxias enanas ultra débiles. Según Raja Guha Thakurta, de la Universidad de California en Santa Cruz, "las galaxias enanas ultra débiles están tan dominadas por la materia oscura que tienen muy poca materia normal para la formación de estrellas. Con tan pocas estrellas creadas, las galaxias ultra débiles pueden verse esencialmente como puras manchas de materia oscura para estudiar".
Roman, gracias a su gran campo de visión y alta resolución, observará estas galaxias ultra débiles para ayudar a probar múltiples teorías de la materia oscura. Con estos nuevos datos, la comunidad astronómica se acercará más a encontrar la verdad sobre esta materia oscura inobservable que supera ampliamente a la materia visible: la materia oscura constituye aproximadamente el 80% de la materia del universo, mientras que la materia normal comprende el 20% restante.
Las galaxias ultradébiles están lejos de ser la única prueba de la materia oscura. A menudo, basta con mirar en el patio trasero de una galaxia de tamaño medio. Las estructuras en el halo de estrellas que rodean una galaxia a menudo dan pistas sobre la cantidad de materia oscura presente. Sin embargo, debido al gran tamaño de los halos galácticos (a menudo son de 15 a 20 veces más grandes que la propia galaxia), los telescopios actuales son profundamente ineficientes para observarlos.
Por el momento, los únicos halos galácticos completamente resueltos que los científicos tienen para continuar son nuestra propia Vía Láctea y Andrómeda, nuestra galaxia vecina. Ben Williams, investigador principal de RINGS en la Universidad de Washington en Seattle, describe cómo el poder de Roman enmendará este problema: "Solo tenemos mediciones confiables de la Vía Láctea y Andrómeda, porque están lo suficientemente cerca como para que podamos obtener mediciones de un gran número de estrellas distribuidas a través de sus halos estelares. Entonces, con Roman, de repente tendremos 100 o más de estas galaxias completamente resueltas".
Cuando Roman se lance en mayo de 2027, se espera que altere fundamentalmente la forma en que los científicos entienden las galaxias. En el proceso, arrojará algo de luz sobre nuestra propia galaxia. La Vía Láctea es fácil de estudiar de cerca, pero no tenemos un palo selfie lo suficientemente grande como para tomar una foto de toda nuestra galaxia y el halo que la rodea. RINGS muestra lo que Roman es capaz de hacer si se aprueba una encuesta de este tipo. Al estudiar el universo cercano, RINGS puede examinar galaxias similares en tamaño y edad a la Vía Láctea, y arrojar luz sobre cómo llegamos a estar aquí.
El Telescopio Espacial Nancy Grace Roman es administrado 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 y Caltech/IPAC en el sur de California, el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore y un equipo científico compuesto por científicos de varias instituciones de investigación. Los principales socios industriales son BAE Systems, Inc en Boulder, Colorado; L3Harris Technologies en Rochester, Nueva York; y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California.
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