NASA即将来临的罗马太空望远镜可以一次拍摄100个哈勃超深场

该合成图像说明了罗马太空望远镜“超深场”观测的可能性。在深空，天文学家会长时间收集来自一片天空的光，以揭示最微弱和最遥远的物体。该视图以哈勃超深场（蓝色轮廓）为中心，该场代表了人类在可见，紫外和近红外波长下获得的最深的宇宙肖像。有两个插图揭示了该场中银河系的惊人细节。
除了哈勃超深场之外，过去二十年中获得的其他观测结果还充斥着周围的空间。这些更广泛的哈勃观测揭示了超过265,000个星系，但就观测到的最遥远
的星系而言，它们比哈勃超深场要浅得多。橙色轮廓线显示了NASA即将推出的Nancy Grace罗马太空望远镜的视野。罗曼的18个探测器将能够一次观测到至少比哈勃超深场大100倍的天空区域，并具有与哈勃相同的清晰锐度。

1995年，哈勃太空望远镜连续10天盯着一片空白。产生的深场图像捕获了数千个以前看不见的遥远星系。从那时起，类似的观察结果就出现了，包括最长和最深的曝光，即哈勃超深场。现在，天文学家正在展望未来，以及NASA即将推出的Nancy Grace Roman太空望远镜所带来的可能性。

罗马太空望远镜将能够以同样出色的清晰度拍摄比哈勃大100倍的天空区域。结果，一个罗马超深场将收集数百万个星系，其中包括数百个可追溯到大爆炸之后的几亿年的星系。这样的观察将推动对多个科学领域的新研究，从宇宙的结构和演化到宇宙时间的恒星形成。

此缩小动画从哈勃超深视野（蓝色轮廓）开始，它代表了人类在可见，紫外和近红外波长下获得的最深的宇宙肖像。然后，视图扩大以显示更广泛的哈勃望远镜对该天空区域（白色轮廓）的捕获，该区域在大型马赛克中捕获了约265,000个星系。进一步扩展，我们看到使用来自数字化天空勘测的数据在地面视图上覆盖了哈勃数据。

橙色轮廓线显示了NASA即将推出的Nancy Grace罗马太空望远镜的视野。罗曼的18个探测器将能够一次观测到至少比哈勃超深场大100倍的天空区域，并具有与哈勃相同的清晰锐度。

哈勃太空望远镜最具标志性的影像之一是哈勃超深视场，它在整个宇宙中揭示了无数的星系，可追溯到距大爆炸几亿年之内。从2003年9月开始，哈勃望远镜凝视着一片看似空旷的天空数百小时，而天文学家在2004年揭开了银河系挂毯的序幕，随后几年又进行了更多观测。

NASA即将推出的Nancy Grace罗马太空望远镜将能够以相同的清晰锐度拍摄比哈勃大至少100倍的天空区域。天文学家正在考虑通过这种广泛的宇宙观进行的众多观测中，罗马数字太空望远镜“超深场”的可能性和科学潜力。这样的观察可能揭示出新的见解，涉及从宇宙年轻时期的恒星形成到星系在太空中聚集的方式之间的话题。

从太阳系到可观测宇宙的边缘，罗曼将在天体物理学的所有领域启用新科学。罗马的大部分观察时间都将专门用于在广阔的天空中进行调查。但是，一般的天文界也将有一些观察时间来请求其他项目。天文学家说，一个罗马超深场可以极大地使科学界受益。

“作为社区科学概念，Roman的超深野观测可能会带来令人兴奋的科学回报。我们希望与天文学界合作，共同思考如何利用罗马的能力。”马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的安东·科默莫尔（Anton Koekemoer）说。Koekemoer代表代表30多个机构的一组天文学家，在美国天文学会第237次会议上提出了罗马超深空领域的构想。

例如，罗马的超深场可能类似于哈勃的超深场-在单个方向上观察数百小时，以建立非常微弱而遥远的物体的极其详细的图像。然而，当哈勃以这种方式捕获了成千上万个星系时，罗曼会收集成千上万个星系。结果，它将促进新科学的发展，并极大地增进我们对宇宙的理解。

宇宙的结构与历史

也许最令人兴奋的是研究最早的宇宙的可能性，这与最遥远的星系相对应。这些星系也是最稀有的：例如，在哈勃超深视场中仅能看到少数几个。

得益于Roman的广阔视野以及质量与哈勃望远镜相似的近红外数据，它可以发现数百个甚至数千个这些最年轻，最遥远的星系，它们散布在数百万其他星系中。这将使天文学家能够衡量他们在太空中的聚集方式，年龄以及恒星的形成方式。

Koekemoer说：“罗马人还将与目前和未来的地面和太空望远镜（包括NASA的James Webb太空望远镜及其他望远镜）产生强大的协同作用。”

在宇宙时代向前发展时，罗马将在大爆炸之后大约8亿到10亿年内再发现另外一些星系。那时，星系在暗物质的影响下才开始聚集成团。尽管研究人员已经模拟了形成大型结构的过程，但罗马超深磁场将提供真实的示例来测试这些模拟。

宇宙时间的恒星形成

早期的宇宙也经历了恒星形成的大火。恒星诞生的速度比我们今天看到的快数百倍。特别是，天文学家急于研究“宇宙黎明”和“宇宙中午”，这两个事件共同涵盖了大爆炸发生后5亿至30亿年的时间，这是大多数恒星形成以及超大质量黑洞最活跃的时期。 。

“由于罗曼的视线太大，将改变游戏规则。我们不仅可以在狭窄的视野中采样一个环境，还可以在Roman的睁大眼睛的视野中捕获各种环境。这将使我们更好地了解恒星形成的时间和地点，”位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的Sangeeta Malhotra解释说。马尔霍特拉（Malhotra）是研究宇宙黎明的罗马科学调查小组的联合研究员，并领导与哈勃进行深光谱研究的计划，以了解遥远的年轻星系。

天文学家渴望在这个遥远的时代测量恒星形成率，这可能会影响多种因素，例如观测到的重元素数量。恒星形成的速度可能取决于星系是否位于大星团内。罗曼将能够拍摄微弱的光谱，这些光谱将显示这些元素的独特“指纹”，并给出准确的星系距离（称为红移）。

“人口专家可能会问，生活在大城市中的人与郊区或农村地区的人之间有什么区别？同样，作为天文学家，我们可能会问，最活跃的恒星形成星系生活在非常聚集的区域中，还是仅位于星团的边缘，还是孤立地生活？”马尔霍特拉说。

大数据与机器学习

罗马任务的最大挑战之一是学习如何分析将产生的公共数据集中的大量科学信息。从某种意义上说，Roman不仅会在天空覆盖范围方面，而且在数据挖掘方面都会创造新的机会。

罗马的超深场将包含数百万个星系的信息-太多了，一次研究人员将无法研究。机器学习（一种人工智能形式）将需要处理大量数据库。尽管这是一个挑战，但它也提供了机会。Koekemoer说：“您可以探索以前无法解决的全新问题。”

Koekemoer补充说：“罗马任务中巨大的数据集所带来的发现潜力，可能会导致我们对宇宙的理解取得突破，超出了我们目前的设想。”“这可能是罗马人对科学界的持久遗产：不仅在回答我们认为可以解决的科学问题上，而且还包括我们尚未想到的新问题。”