美國國家航空航天局的羅馬太空望遠鏡調查星系化石 _美國

星系暈是一組松散的恒星，延伸到星系最亮部分半徑之外的15到20倍。我們的鄰居仙女座星系是少數幾個恒星暈研究得很好的星系之一，如圖所示。恒星暈以夸張的亮度和密度來顯示它的延伸程度。當Nancy Grace Roman太空望遠鏡發射時，它將能夠利用其廣闊的視野對更遙遠星系的更多恒星暈進行全面成像。圖像：美國國家航空航天局，J.奧姆斯特德（STScI）
據美國宇航局（Ashley Balzer）：宇宙是一個動態的、不斷變化的地方，星系在這里跳舞、融合在一起、改變外觀。不幸的是，由于這些變化需要數百萬或數十億年的時間，望遠鏡只能提供壓縮到人類一生中的快照。
然而，星系留下了它們的歷史和形成方式的線索。美國國家航空航天局即將推出的南希·格雷斯羅馬太空望遠鏡將有能力通過對附近宇宙中星系的高分辨率成像來尋找這些星系形成的化石。
天文學家通過美國國家航空航天局的資助，正在設計一套名為RINGS（羅馬紅外鄰近星系調查）的可能觀測數據，以收集這些引人注目的圖像，該團隊正在制作公開可用的工具，一旦羅馬發射并開始收集數據，天文學界就可以使用這些工具。RINGS調查是一個初步概念，可能會也可能不會在Roman的科學任務期間實施。
Roman為RINGS做了獨特的準備，因為它的分辨率類似于美國國家航空航天局的哈勃太空望遠鏡，視野寬廣——在紅外波段是哈勃的200倍——使其成為補充哈勃窄視場能力的巡天望遠鏡。
星系考古學家
科學家們只能觀察到進化星系生命中的短暫實例，這些星系最終導致了我們今天周圍完全形成的星系。因此，星系的形成可能很難追蹤。
幸運的是，星系在其恒星結構中留下了演化的痕跡，幾乎就像地球上的生物在巖石上留下印記一樣。這些星系“化石”是一組古老的恒星，它們保存著星系形成和演化的歷史，包括這些恒星形成時星系的化學性質。
費城賓夕法尼亞大學RINGS的副首席研究員Robyn Sanderson對這些宇宙化石特別感興趣。她將分析星系中恒星結構的過程描述為“就像進行挖掘，試圖找出骨頭并將其重新組合在一起”
Roman的高分辨率將使科學家能夠利用從星系邊緣的長潮汐尾到星系內的恒星流等結構來挑選這些星系化石。Roman能夠捕捉到的這些大型結構可以為星系的合并歷史提供線索。Sanderson說，目標是“重新組裝這些化石，以便回顧過去，了解這些星系是如何形成的。”
揭示暗物質
環還將使人們能夠進一步研究宇宙中最神秘的物質之一：暗物質，一種構成星系大部分質量的不可見物質。一類特別有用的測試暗物質理論的物體是超暗矮星系。加州大學圣克魯斯分校的Raja GuhaThakurta表示：“超暗矮星系是由暗物質主導的，它們幾乎沒有正常的物質用于恒星形成。由于恒星的形成很少，超暗星系基本上可以被視為純暗物質團來研究。”
Roman憑借其廣闊的視野和高分辨率，將觀測這些超微弱的星系，以幫助測試多種暗物質理論。有了這些新數據，天文學界將更接近于找到這種不可觀測的暗物質的真相，這種暗物質遠遠超過了可見物質：暗物質約占宇宙物質的80%，而正常物質占其余的20% 。
超暗星系遠非對暗物質的唯一測試。通常，只要看看一個中等大小的星系的后院就足夠了。星系周圍恒星暈中的結構通常暗示了暗物質的存在量。然而，由于星系暈的巨大規模（它們通常是星系本身的15-20倍大），目前的望遠鏡在觀測它們方面效率極低。
目前，科學家們唯一要研究的完全解析的星系暈是我們自己的星系和我們的鄰居仙女座星系。華盛頓大學西雅圖分校RINGS的首席研究員本·威廉姆斯描述了羅曼的力量將如何修正這個問題：“我們只有星系和仙女座的可靠測量數據，因為它們足夠接近，我們可以測量到分布在恒星暈中的大量恒星。因此，有了羅曼，突然之間，我們將有100個或更多完全解析的星系。”
當Roman在2027年5月發射時，預計將從根本上改變科學家對星系的理解。在這個過程中，它將為我們自己的星系提供一些線索。星系很容易近距離研究，但我們沒有足夠大的自拍桿來拍攝整個星系及其周圍光環的照片。RINGS顯示了如果這樣的調查獲得批準，Roman的能力。通過研究附近的宇宙，RINGS可以研究與星系大小和年齡相似的星系，并揭示我們是如何來到這里的。
Nancy Grace Roman太空望遠鏡由美國國家航空航天局位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心管理，參與方包括美國國家航空宇航局噴氣推進實驗室和南加州加州理工學院/IPAC、巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所，以及一個由來自各研究機構的科學家組成的科學團隊。主要的工業合作伙伴是位于科羅拉多州博爾德的BAE系統公司；紐約羅切斯特的L3哈里斯技術公司；加利福尼亞州千橡市的Teledyne科學與成像公司。
作者：帕特·莫利納里馬里蘭州巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所。