美國宇航局即將發射的南希-格雷斯-羅曼太空望遠鏡將看到數以千計的被稱為超新星的爆炸性恆星，這些恆星橫跨廣闊的時間和空間。利用這些觀測，天文學家旨在照亮幾個宇宙之謎，為了解宇宙遙遠的過去和朦朧的現在提供一個窗口。

羅曼的超新星調查將有助於澄清對宇宙目前膨脹速度的衝突性測量，甚至為探測暗物質的分佈提供一種新的方式，暗物質只能通過其引力效應來探測。這項任務的主要科學目標之一是利用超新星來幫助確定暗能量的性質–這種無法解釋的宇宙壓力正在加速宇宙的膨脹。

羅曼將使用多種方法來研究暗能量。其中一種方法是調查天空中一種特殊類型的爆炸星，稱為Ia型超新星。

許多超新星是在大質量恆星耗盡燃料時發生的，它們在自身重量的作用下迅速坍縮，然後因為強烈的衝擊波從其內部推動出來而爆炸。這些超新星在我們的銀河系大約每50年發生一次。但是有證據表明，Ia型超新星起源於一些雙星系統，其中至少包含一顆白矮星–類似太陽的恆星的小而熱的核心殘餘物。Ia型超新星要稀少得多，在銀河系大約每500年才發生一次。

在某些情況下，矮星可能會從它的同伴那裡吸走物質。這最終會引發失控反應，一旦達到一個特定的點，即它的質量大到變得不穩定就會引爆。天文學家還發現了支持另一種情況的證據，涉及到兩個白矮星，它們相互旋轉，直到合併，如果它們的綜合質量高到足以導致不穩定，它們也可能產生Ia型超新星。

這些爆炸在一個類似的、已知的內在亮度上達到峰值，使Ia型超新星成為所謂的標準光量，即發出特定數量的光的物體或事件，使科學家能夠用一個簡單的公式找到它們的距離。正因為如此，天文學家可以通過簡單地測量超新星的亮度來確定它們有多遠。

天文學家還將利用羅曼來研究這些超新星的光線，以找出它們看起來遠離我們的速度有多快。通過比較它們在不同距離上的後退速度，科學家們將追踪宇宙膨脹的時間。這將幫助我們了解暗能量是否以及如何在整個宇宙的歷史中發生變化。

之前的Ia型超新星調查集中在相對較近的宇宙，這主要是由於儀器的限制。羅曼的紅外線視野、巨大的視場和精緻的靈敏度將極大地擴展搜索範圍，將宇宙的幕布拉到足夠遠的地方，使天文學家能夠發現成千上萬的遙遠的Ia型超新星。

這項任務將詳細研究暗能量在宇宙歷史上一半以上的影響，當時宇宙的年齡大約在40到120億年之間。探索這個相對未被探測的區域將幫助科學家們為暗能量拼圖添加關鍵的碎片。

除了提供與任務的其他暗能量調查的交叉檢查外，羅曼的Ia型超新星觀測可以幫助天文學家檢查另一個謎團，在對哈勃常數的測量中不斷出現差異，這可以用來描述了宇宙目前膨脹的速度。基於大爆炸後約38萬年的早期宇宙數據的預測表明，宇宙目前應該以每兆帕的距離（一兆帕約為326萬光年）約42英里/秒（67公里/秒）的速度擴張。但是對現代宇宙的測量表明其膨脹速度更快，大約在每兆帕的43至47英里/秒（70至76公里/秒）。

羅曼將通過探索這些差異的不同潛在來源來提供幫助。一些確定宇宙現在膨脹速度的方法依賴於Ia型超新星。雖然這些爆炸非常相似，這就是為什麼它們是測量距離的寶貴工具，但小的差異確實存在。羅曼的廣泛調查可以通過幫助我們了解導致這些變化的原因來改進它們作為標準光量的使用。

這項任務可以揭示Ia型超新星的特性是如何隨年齡而變化的，因為它將在如此廣闊的宇宙歷史中觀察它們。羅曼還將發現這些爆炸在其宿主星系中的不同位置，這可能為超新星的環境如何改變其爆炸提供線索。

任何有質量的東西都會扭曲時空的結構。光線以直線傳播，但如果時空被彎曲–這發生在大質量物體附近–光線就會沿著曲線傳播。當我們觀察遙遠的Ia型超新星時，介入物質周圍扭曲的時空–比如單個星系或暗物質團塊–可以放大來自更遙遠的爆炸的光線。

通過研究這種放大的光線，科學家們將有一個新的方法來探測暗物質是如何在整個宇宙中聚集的。對構成宇宙的物質的更多了解將幫助科學家完善他們關於宇宙如何演變的理論模型。

通過繪製暗能量在整個宇宙歷史中的行為，就可以追踪今天的宇宙是如何膨脹的，以及提供更多關於神秘暗物質的信息，羅曼任務將為尋求解決這些和其他長期存在的問題的天文學家提供大量的數據。由於它能夠幫助解決如此多的宇宙之謎，羅曼將成為我們有史以來研究宇宙的最重要工具之一。

南希-格雷斯-羅曼太空望遠鏡由位於馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心管理，美國宇航局噴氣推進實驗室和位於南加州的加州理工學院/IPAC、位於巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所以及由各研究機構的科學家組成的科學小組參與其中。