即將面世的南希-格蕾絲-羅曼太空望遠鏡的全景視角比哈伯太空望遠鏡的紅外線視角大200 倍，其捕捉到的大量數據將改變天文學的格局。有興趣研究各種課題（包括暗能量之謎和宇宙加速度）的天文學家們正在做好準備，以便在”羅曼號”發射後不久數據洪流抵達地球的那一刻最好地利用這些數據。

這張哈伯太空望遠鏡拍攝的影像顯示，一個星系嵌入一個巨大的星系團中，其強大的引力產生了其背後遙遠的一顆超新星的多幅影像。影像顯示了該星系在一個名為MACS J1149.6+2223 的大型星系團中的位置，距離超過50 億光年。在該星系的放大插圖中，箭頭指向爆炸恆星的多幅影像，該恆星被命名為雷夫斯達爾超新星，距離地球93 億光年。資料來源：NASA、ESA、Steve A. Rodney（JHU）、Tommaso Treu（UCLA）、Patrick Kelly（UC Berkeley）、Jennifer Lotz（STScI）、Marc Postman（STScI）、Zolt G. Levay（STScI）、FrontierSN 小組、GLASS 小組、HFF 小組（STScI）、CLASH 小組。

其中一個團隊特別著重訓練羅曼尋找重力透鏡超新星，這種天體可以用來測量宇宙膨脹率的獨特方法。他們說，羅曼對這些難以捉摸的透鏡超新星的研究對宇宙學的未來有著巨大的潛力。

美國國家航空暨太空總署（NASA）的南希-格蕾絲-羅曼太空望遠鏡是為了紀念NASA 的第一位首席天文學家而命名的，它代表著我們在探索了解宇宙的道路上的一次飛躍。這個尖端天文台計劃於2027 年5 月發射，旨在探索暗能量的奧秘、研究系外行星，並以前所未有的清晰度揭示宇宙的膨脹速度。羅曼太空望遠鏡利用先進的技術對宇宙進行大範圍、細緻的觀測，將為我們提供對宇宙的重要見解，增強我們對宇宙組成、結構和演化的了解。資料來源：美國國家航空暨太空總署戈達德太空飛行中心

天文學家正在研究宇宙中最緊迫的謎團之一–宇宙膨脹的速度–他們正準備利用美國國家航空航天局的南希-格蕾絲-羅曼太空望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope），以一種新的方式研究這個謎團。一旦羅曼望遠鏡在2027 年5 月發射升空，天文學家將在羅曼望遠鏡的大範圍影像中尋找重力透鏡狀超新星，這些超新星可以用來測量宇宙的膨脹速度。

天文學家有多種獨立的方法來測量宇宙目前的膨脹率，即哈伯常數。不同的技術得出不同的值，稱為哈伯張力。羅曼的大部分宇宙學研究都將針對難以捉摸的暗能量，因為暗能量會影響宇宙隨時間的膨脹。

這些研究的一個主要工具是一種相當傳統的方法，它將Ia 型超新星等天體的固有亮度與其感知亮度進行比較，從而確定距離。另外，天文學家也可以使用羅曼法來研究重力透鏡超新星。這種探索哈伯常數的方法與傳統方法不同，因為它是基於幾何方法，而不是亮度。

這幅插圖利用哈伯太空望遠鏡拍攝的雷夫斯達爾超新星影像，展示了大質量星系團MACS J1149.6+2223的引力是如何彎曲並聚焦來自其背後的超新星的光線，從而產生爆炸恆星的多幅圖像的。這種現象稱為重力透鏡。重力透鏡超新星為天文學家提供了一種計算哈伯常數–宇宙加速的速率–的獨特方法。一個研究團隊正準備利用美國太空總署即將於2027 年5 月發射的南希-格蕾絲-羅曼太空望遠鏡，讓天文學家發現並研究這些罕見的天體。

上圖顯示，當恆星爆炸時，它的光線穿過太空，遇到前景星系團。如果沒有星系團，天文學家將只能偵測到直射地球的超新星光線，並且只能看到超新星的單一影像。然而，在超新星多重成像的情況下，光路會被星系團的引力彎曲，並重新定向到新的光路上，其中有幾條光路是指向地球的。因此，天文學家可以看到爆炸恆星的多幅影像，每個影像都對應著其中一條改變的光路。每個影像穿過星團的路線不同，到達地球的時間也不同，部分原因是光線到達地球的路徑長度不同。精確測量多幅影像之間到達時間的差異，就可以得出一個距離組合，從而限制哈伯常數。

在下圖中，重定向光線穿過星團中的一個巨大橢圓星系。這個星系又增加了一層透鏡作用，再一次改變了原本會錯過我們的幾條光路的方向，並將它們聚焦，使它們能夠到達地球。資料來源：NASA、ESA、Ann Feild（STSCI）、Joseph DePasquale（STSCI）、NASA、ESA、Steve A. Rodney（JHU）、Tommaso Treu（UCLA）、Patrick Kelly（UC Berkeley）、Jennifer Lotz（STSCI）、 Marc Postman（STSCI）、Zolt G. Levay（STSCI）、FrontierSN 小組、GLASS 小組、HFF 小組（STSCI）、CLASH 小組。

重力透鏡的前景

位於巴爾的摩的空間望遠鏡科學研究所（STScI）的盧·斯特羅格是準備對羅曼望遠鏡進行研究的團隊的共同負責人，他說：”羅曼是讓引力透鏡超新星研究起飛的理想工具。這些天體非常罕見，而且很難發現。我們不得不靠運氣才能及早發現其中的幾個。羅曼的大視野和高分辨率重複成像將有助於提高這些機會”。

天文學家利用各種天文台，如美國太空總署的哈伯太空望遠鏡和詹姆斯-韋伯太空望遠鏡，在宇宙中發現了八顆重力透鏡狀超新星。然而，由於超新星的類型及其延時成像的持續時間，這八個超新星中只有兩個是測量哈伯常數的可行候選者。

當來自恆星爆炸等天體的光線在飛往地球的途中穿過星系或星系團，並被巨大的引力場偏轉時，就會發生重力透鏡現象。光線沿著不同的路徑分裂，在天空中形成我們看到的超新星的多個影像。根據不同路徑之間的差異，超新星圖像會出現幾小時到幾個月，甚至幾年的延遲。精確測量多幅影像之間到達時間的差異，就能得出距離組合，從而限制哈伯常數。羅曼望遠鏡的廣泛勘測將能夠以比哈伯更快的速度繪製宇宙地圖，它在單幅圖像中”看到”的面積是哈伯的100 倍以上。特別是，高緯度時域巡天將重複觀測同一天空區域，這將使天文學家能夠研究隨時間變化的目標。這意味著將有大量的數據–每次超過50 億像素–需要進行篩選，以發現這些非常罕見的事件。

斯特羅格是該計劃的共同負責人，他是STScI 的賈斯汀-皮埃爾（Justin Pierel）。他解釋說：”這台新望遠鏡將使我們能夠在一張快照中看到整個森林，而不是收集幾張樹木的照片。”

由斯特羅格和皮埃爾領導的STScI 小組正在通過美國宇航局太空和地球科學研究機會（ROSES）南希-格蕾絲-羅曼太空望遠鏡研究和支持參與機會計劃資助的一個項目，為在羅曼數據中發現重力透鏡超新星奠定基礎。

皮埃爾說：”由於這些超新星非常罕見，要充分利用引力透鏡超新星的潛力，就必須做好充分準備。我們希望提前準備好尋找這些超新星的所有工具，這樣當數據到來時，我們就不用浪費任何時間來篩選數以兆位元組計的資料了”。

該計畫將由美國國家航空暨太空總署（NASA）各中心和全國各大學的研究人員組成的團隊實施。準備工作將分幾個階段進行。研究小組將創建數據還原管道，用於在羅曼成像中自動檢測重力透鏡超新星。為了訓練這些管道，研究人員還將創建模擬成像：需要50000 個模擬透鏡，而目前已知的實際透鏡只有10000 個。

斯特羅格和皮埃爾團隊創建的數據縮減管道將補充正在創建的管道，以便利用Ia 型超新星研究暗能量。

“羅曼望遠鏡確實是創建黃金標準引力透鏡超新星樣本的第一次機會，”斯特羅格總結道。 “我們現在的所有準備工作都將產生所需的所有成分，以確保我們能夠有效地利用宇宙學的巨大潛力”。

編譯來源：ScitechDaily