Wszechświat to dynamiczne, ciągle zmieniające się miejsce, w którym galaktyki bezustannie przemieszczają się w swoim otoczeniu, zderzają się i łączą się ze sobą, a także stale zmieniają swój wygląd. Niestety, ponieważ zmiany te trwają zwykle miliony lub miliardy lat, teleskopy mogą dostarczyć jedynie migawek ograniczonych do kilkudziesięciu lat ludzkiego życia.
Nie zmienia to jednak faktu, że w obecnym wyglądzie galaktyk da się znaleźć ślady tych wcześniejszych zmian, do których dochodziło miliony czy miliardy lat temu. Analizując szczegółowo te ślady, naukowcy mogą zatem odtworzyć historię takiej galaktyki. Wszystko wskazuje na to, że w takiej właśnie galaktycznej archeologii będzie specjalizował się nadchodzący wielkimi krokami Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman, który będzie wykonywał zdjęcia pobliskich nam galaktyk w bardzo wysokiej rozdzielczości.
Jak się okazuje, astronomowie już teraz pracują nad katalogiem potencjalnych celów takich badań. W ramach projektu RINGS (Roman Infrared Nearby Galaxies Survey) powstaje jednak nie tylko katalog galaktyk do zbadania, ale także publicznie dostępne narzędzia, za pomocą których szeroka społeczność astronomiczna będzie mogła wspomagać astronomów w analizowaniu danych obserwacyjnych. Należy tutaj jednak podkreślić, że projekt RINGS wciąż znajduje się na etapie koncepcyjnym i nie ma jeszcze decyzji co do tego, czy faktycznie zostanie ona wdrożona w misję naukową Roman.
Nie zmienia to jednak faktu, że teleskop NGR jest wprost doskonale przystosowany do wykonywania zdjęć galaktyk w ramach projektu RINGS. Jakby nie patrzeć, teleskop ma rozdzielczość zbliżoną do Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, przy czym obserwuje jednocześnie 200 razy większe pole widzenia w podczerwieni niż Hubble.
Naukowcy mogą obserwować tylko momenty w życiu ewoluujących galaktyk, które ostatecznie doprowadziły do powstania w pełni uformowanych galaktyk, które obserwujemy w pobliskim wszechświecie.
Na szczęście galaktyki pozostawiają po sobie ślady swojej ewolucji w swoich strukturach gwiezdnych, prawie tak jak organizmy na Ziemi mogą pozostawiać ślady w skałach. Te galaktyczne „skamieliny” to grupy starożytnych gwiazd, które zawierają historię formowania się i ewolucji galaktyki, w tym zapis składu chemicznego galaktyki w momencie formowania się tych gwiazd miliardy lat temu.
Takie kosmiczne skamieliny są szczególnie interesujące dla Robyn Sanderson, zastępcy głównego badacza RINGS na Uniwersytecie Pensylwanii w Filadelfii. Porównuje ona proces analizy struktur gwiazdowych w galaktykach do chodzenia po wykopaliskach i prób sortowania skamieniałych kości i układania z nich dawnych zwierząt.
Wysoka rozdzielczość teleskopu Roman pozwoli naukowcom na wyłowienie tych galaktycznych skamielin, wykorzystując wszystko: od długich ogonów pływowych na obrzeżach galaktyki po strumienie gwiazd wewnątrz ich dysków. Te wielkoskalowe struktury, które Roman jest w stanie uchwycić w wyjątkowy sposób, mogą dać nam cenne informacje dotyczące historii procesów łączenia się galaktyk. Celem tego projektu – jak mówi Sanderson – jest „ponowne złożenie tych skamielin, aby spojrzeć wstecz w czasie i zrozumieć, jak powstały te galaktyki”.
RINGS umożliwi również dalsze badanie jednej z najbardziej tajemniczych substancji we wszechświecie: ciemnej materii, niewidzialnej formy materii, która stanowi większość masy galaktyki. Szczególnie przydatną klasą obiektów do testowania naszej wiedzy o ciemnej materii są ultraciemne galaktyki karłowate.
Według Raja GuhaThakurta z University of California w Santa Cruz, „ultraciemne galaktyki karłowate są tak zdominowane przez ciemną materię, że mają bardzo mało normalnej materii do formowania się gwiazd. Przy tak małej liczbie powstających gwiazd, ultraciemne galaktyki można zasadniczo postrzegać jako czyste plamy ciemnej materii do badania”.
Roman, dzięki dużemu polu widzenia i wysokiej rozdzielczości, będzie obserwować te ultraciemne galaktyki, aby pomóc przetestować różne teorie ciemnej materii. Dzięki tym nowym danym społeczność astronomiczna zbliży się do odkrycia prawdy o ciemnej materii, która znacznie przewyższa widoczną materię: ciemna materia stanowi około 80% materii wszechświata, podczas gdy normalna materia stanowi pozostałe 20%.
Ultraciemne galaktyki nie są jednak jedynym miejscem, w którym można testować ciemną materię. Często wystarczy spojrzeć na bezpośrednie otoczenie średniej wielkości galaktyki. Struktury w halo gwiazd otaczających galaktykę często dają wskazówki dotyczące ilości znajdującej się tam ciemnej materii. Jednak ze względu na ogromne rozmiary galaktycznych halo (często są 15–20 razy większe od samej galaktyki), obecne teleskopy są bardzo nieefektywne w ich obserwowaniu.
W tej chwili jedynymi w pełni zbadanymi galaktycznymi halo, którymi dysponują naukowcy, są nasza Droga Mleczna i Andromeda, czyli najbliższa nam masywna galaktyka. Ben Williams, główny badacz RINGS na University of Washington w Seattle, opisuje, w jaki sposób teleskop Roman rozwiąże ten problem: „Mamy tylko wiarygodne pomiary Drogi Mlecznej i Andromedy, ponieważ są one wystarczająco blisko, abyśmy mogli uzyskać pomiary dużej liczby gwiazd rozłożonych w ich gwiezdnych halo. Tak więc dzięki teleskopowi Roman nagle będziemy mieć 100 lub więcej takich w pełni zbadanych halo galaktycznych”.
Gdy teleskop Nancy Grace Roman zostanie wystrzelony w maju 2027 r., oczekuje się, że fundamentalnie zmieni sposób, w jaki naukowcy rozumieją galaktyki. W toku swoich prac teleskop zapewne rzuci także nowe światło na naszą własną galaktykę. Jakby nie patrzeć ciężko jest badać z zewnątrz galaktykę, w której sami się znajdujemy. Musielibyśmy wszak wysłać sondę daleko nad galaktykę, aby zrobić jej zdjęcie z zewnątrz. Skoro tego nie da się zrobić, musimy badać naszą galaktykę jako całość, badając inne galaktyki do niej podobne.