Den 30. august vil NASA opsende et nyt stort rumteleskop ved navn Roman, opkaldt efter Nancy Grace Roman (1925 -2018), som i mange år var med til at udforme NASA's astronomiske program.
Nu er det kun fem år siden, det store James Webb-teleskop blev opsendt, men der er en vigtig grund til, at man allerede nu vil opsende et nyt stort teleskop. For James Webb og Nancy Grace Roman-rumteleskoperne ser universet på hver sin måde.
James Webb har et stort spejl på 6,5 meter, men kun et lille synsfelt. Det store spejl gør det muligt at se næsten helt tilbage til universets begyndelse.
Big Bang fandt sted for 13,7 milliarder år siden, og James Webb er i stand til at tage billeder af de første galakser, som blev dannet kun få hundrede millioner år efter Big Bang.
Roman-teleskopet har et spejl på kun 2,4 meter, svarende til spejlet på det 36 år gamle rumteleskop Hubble.
Til gengæld har det et meget bredt synsfelt, hvor hvert billede dækker et område på himlen omtrent så stort som fuldmånen.
Det er 50-100 gange det areal, et billede fra James Webb dækker, og det gør det muligt at se tusinder af galakser på et enkelt billede og på den måde få et overblik over universets opbygning. Til gengæld ser man ikke så mange detaljer på galakserne som på billederne fra James Webb.
Selv om de to teleskoper er meget forskellige, så har de dog en ting til fælles, nemlig banen. James Webb kredser om det andet Lagrangepunkt 1,5 millioner km fra Jorden, og det er også den planlagte bane for Roman.
Der er dog så god plads ude i rummet, at der ingen fare er for sammenstød.
De to måder at observere universet er lige vigtige, og James Webb og Roman kommer i høj grad til at samarbejde. Et enkelt eksempel kan vise, hvor vigtige begge teleskoper er.
Om neutronstjerner og guld
En af de meget sjældne hændelser i universet er et sammenstød mellem to neutronstjerner, der kredser om hinanden.
Man er blevet opmærksom på disse sammenstød, fordi det ser ud, til at det er her, de meget tunge atomkerner, som guld og uran, dannes.
De meget tunge kerner er nemlig så svære at danne, at selv ’almindelige supernovaer’ ikke kan klare opgaven, så astronomerne er meget interesserede i at lære mere om, hvordan sammenstød mellem to neutronstjerner kan danne tunge grundstoffer i universet.
Neutronstjerner dannes, når store stjerner kollapser, dog uden at ende i et sort hul.
Undertiden standses kollapset, ved at atomare partikler som neutroner og protoner presses sammen, så man får dannet noget, der minder om en 10 km stor atomkerne, og hvor en teskefuld stof vejer flere hundrede millioner ton. De fleste protoner omdannes ved kollapset til neutroner, heraf navnet.
Desværre er det svært at observere sammenstød mellem neutronstjerner. Dels er det en sjælden begivenhed, og desuden ved man jo ikke, hvor det næste sammenstød vil finde sted.
Man kan ikke bruge James Webb, fordi dens teleskop har et lille synsfelt.
Det er til gengæld lige en opgave for Roman, fordi man kan på et enkelt billede kan se så mange stjerner og galakser, at hvis man bare holder øje med, om der sker ændringer på billedet, har man en god mulighed for at fange et sådant sammenstød.
Og så er det jo bare om at slå alarm til Webb, som så kan få drejet sit store spejl i den rigtige retning, så kollisionen kan studeres i detaljer.
Det samme gælder, hvis Roman observerer et almindeligt supernovaudbrud – så er det bare om i en fart at få fat på James Webb.
\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient’er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I mere end 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet ‘Stubberne’.
To instrumenter har forvandlet en spionsatellit til et teleskop
Roman-teleskopet begyndte sin karriere som spionsatellit.
Der var nemlig en periode, hvor militæret byggede nogle meget store spionsatellitter, der i størrelse og teknik mindede om det gode gamle Hubble-teleskop. I virkeligheden fik NASA råd til at bygge Hubble, fordi militæret allerede havde udviklet meget af teknikken.
På et tidspunkt begyndte militæret at bygge spionsatellitter på andre måder, og det betød, at man nu gerne ville sælge et par spionsatellitter af ’Hubble-typen’.
NASA købte to, og det ene er så blevet til Roman. Det andet ligger på et lager i byen Rochester nær New York, men der er for tiden ikke penge til at ombygge det til et rumteleskop.
Til gengæld har NASA virkelig gjort noget for at få et godt teleskop ud af den spionsatellit, man havde råd til at ombygge. Der er installeret to helt nye instrumenter, nemlig:
- En koronagraf
- Wide Field-instrumentet
Koronagrafen har til opgave at blokere for lyset fra stjerner, så man bedre kan se exoplaneter – det vender vi tilbage til og vil her først se på Wide Field-instrumentet.
Wide Field observerer universet i infrarødt lys, ganske som James Webb, og det skyldes simpelthen universets udvidelse.
Begge teleskoper bruger meget tid på at studere det unge univers, og det betyder, at det lys, man modtager, har været milliarder af år undervejs. På denne tid er bølgelængderne fra de fjerne galakser blevet større, simpelthen fordi universet har udvidet sig.
Så selv om en fjern galakse for milliarder af år siden udsendte masser af lys enten i form af synligt lys eller ultraviolet lys, så ser vi det som infrarødt lys, når det kommer frem til teleskopet.
Da Romans spejl på 2,4 meter er langt mindre end det 6,5 meter store spejl på James Webb, kan Roman naturligvis ikke se så langt tilbage mod Big Bang som James Webb, men det har nu ikke den store betydning for de undersøgelser, Roman skal gennemføre.
De drejer sig nemlig ikke om detaljerede studier af enkelte galakser, men om hvordan galakserne gennem universets lange historie har fordelt sig
En sådan undersøgelse kan kun gennemføres, hvis man har billeder, der viser fordelingen af millioner af galakser, og det er netop lige sagen for Roman med sit store synsfelt.
Og det fører os direkte til de grundlæggende problemer med den moderne kosmologi.
Roman og universets udvikling
Den moderne kosmologi er baseret på en model af universet, hvor almindeligt stof - altså den type stof, som stjerner, planeter og mennesker er opbygget af - kun udgør 5 procent af universet.
Resten af kosmos består af to usete, mystiske komponenter kaldet mørkt stof og mørk energi.
Mørkt stof udgør omkring 25 procent af universet. Vi kan ikke direkte observere mørkt stof, da det hverken reflekterer eller absorberer lys.
Det eneste tegn på, at mørkt stof eksisterer, er, at det synlige, almindelige stof ikke kan levere en tyngdekraft stærk nok til at holde sammen på galakser og galaksehobe.
Roman kan studere det mørke stof ved at følge, hvordan det har formet dannelsen af galakser og galaksehobe gennem universets historie
Den anden usete komponent er mørk energi, som udgør omkring 70 procent af universet.
Dens nøjagtige natur er stadig uafklaret, men mørk energi får universets udvidelse til at accelerere. I årtier antog astronomer, at den er konstant eller ensartet. Nylige resultater antyder dog, at mørk energi kan ændre sig over tid. Roman vil sætte disse konkurrerende ideer på prøve.
Hvis mørk energi er konstant, peger det på et univers, der fortsætter med at udvide sig for evigt. Hvis mørk energi ændrer sig, kan det pege på ny fysik ud over vores nuværende teorier.
Koronagrafen og exoplaneter
Roman vil bruge en stor del af sin observationstid på at lede efter exoplaneter, der kredser om andre stjerner, og det skal ske på nye måder. De to vigtigste metoder er at bruge koronagrafen samt at bruge et fænomen, der kaldes for 'microlensing' eller mikrolinse-effekten.
Korononagrafen har som sin vigtigste opgave at blokere lyset fra en stjerne, så man kan se, om der kredser exoplaneter omkring stjernen. Lyset fra exoplaneter er nemlig så svagt, at det fuldstændigt vil drukne i lyset fra stjernen, hvis man ikke blokerede for det.
Koronagrafen kan skaffe os billeder af exoplaneter, især hvis de kredser forholdsvis tæt på deres stjerne og dermed er godt belyst.
Den anden metode er som nævnt microlensing, hvor man udnytter, at tyngdefelter kan afbøje lys. Det gør det muligt at se exoplaneter, som kredser langt fra deres stjerner. Til disse observationer anvendes Wide Field-instrumentet.
At tyngdefelter kan afbøje lys blev forudsagt i Einsteins almene relativitetsteori fra 1915, men dengang drømte man ikke om, at det var noget, som kunne udnyttes i praksis ved astronomiske observationer – men det er netop, hvad Roman gør.
Princippet i microlensing er simpelt. Man observerer en fjern stjerne. Hvis en anden stjerne eller planet på et tidspunkt passerer hen foran den fjerne stjerne, vil den nærmere stjerne eller planet virke som en linse, der forstærker lyset fra den fjerne stjerne, fordi det nærmere objekt afbøjer lyset fra den fjerne stjerne.
Man vil derfor kortvarigt se den fjerne stjerne blusse op. Hvis det er en planet med en måne, der afbøjer lyset, vil månen give en ekstra afbøjning, så der kommer en top på lyset fra den fjerne stjerne.
Det er i al sin enkelhed princippet, og det vil Roman anvende fuldt ud til at lede efter exoplaneter, som kredser langt fra deres stjerner, hvilket er meget svært ved andre metoder.
Man håber også, at det bliver muligt at observere planeter, som ikke kredser om nogen stjerner, de såkaldte ’rogue planets’, som måske er mere almindelige end de gode gammeldags planeter, der pænt kredser om en stjerne. Vi får se.
Der er ingen tvivl om, at samarbejdet mellem Roman og James Webb kan komme til helt at revolutionere astronomien, så vi har noget at se frem til.
