Obserwatorium Very C. Rubin: Największy na świecie aparat cyfrowy zmieni zasady gry w astronomii

CNN
—

Na szczycie góry w północnym Chile największy na świecie aparat cyfrowy przygotowuje się do działania.

Jego misja jest prosta, ale ambitna: sfotografować całe nocne niebo z najdrobniejszymi szczegółami i odkryć niektóre z najgłębszych tajemnic wszechświata.

Kamera zlokalizowana w Obserwatorium Very C. Rubin — nowym teleskopie na ukończeniu na Cerro Pachón, górze o wysokości 2682 metrów, położonej około 482 kilometrów na północ od stolicy Chile, Santiago — ma rozdzielczość 3200 megapikselimniej więcej tyle samo pikseli, co 300 telefonów komórkowych, a każde zdjęcie obejmie obszar nieba obejmujący do 40 pełni księżyca.

Co trzy noce teleskop będzie robił zdjęcia całego widocznego nieba, tworząc tysiące zdjęć, które pozwolą astronomom zobaczyć wszystko, co się porusza lub zmienia jasność. Oczekuje się, że w ten sposób Vera Rubin odkryje około 17 miliardów gwiazd i 20 miliardów galaktyk, których nigdy wcześniej nie widzieliśmy, a to dopiero początek.

„Robin będzie mógł wiele zrobić” – mówi Claire Higgs, specjalistka w obserwatorium ds. pomocy astronomicznej. „Badamy niebo w sposób, jakiego nigdy wcześniej nie robiliśmy, co daje nam możliwość odpowiadania na pytania, o których nawet nie pomyśleliśmy”.

Teleskop będzie skanował nocne niebo przez dokładnie dziesięć lat, wykonując 1000 zdjęć każdej nocy. „Za 10 lat będziemy mówić o nowych obszarach nauki, nowych klasach rzeczy, nowych typach odkryć, o których teraz nawet nie mogę powiedzieć, bo jeszcze nie wiem, czym one są. I tak myślę to naprawdę ekscytujące” – dodaje Higgs.

W budowie Od 2015 rokuTeleskop nosi imię pionierki amerykańskiej astronomki Very Rubin, która zmarła w 2016 roku i, między innymi, potwierdził po raz pierwszy istnienie ciemnej materii – nieuchwytnej substancji, która stanowi większość materii we wszechświecie, ale nigdy nie została odkryta zauważony.

Projekt został zapoczątkowany na początku XXI wieku przez prywatnych darczyńców, w tym miliarderów Charlesa Simonyi i Billa Gatesa. Został on później sfinansowany wspólnie przez Biuro Naukowe Departamentu Energii i amerykańską Narodową Fundację Naukową, która prowadzi go również wraz z SLAC National Accelerator Laboratory, ośrodkiem badawczym prowadzonym przez Uniwersytet Stanforda w Kalifornii.

Chociaż Rubin jest amerykańskim obserwatorium narodowym, znajduje się ono w chilijskich Andach, a z wielu powodów dzieli je z wieloma innymi teleskopami. „W przypadku teleskopów optycznych potrzebne jest podwyższone, ciemne i suche miejsce” – mówi Higgs, odnosząc się do kwestii zanieczyszczenia światłem i wilgotności powietrza, które zmniejszają czułość instrumentów. „Chcesz spokojnej, zrozumiałej atmosfery, a jakość nocnego nieba w Chile jest wyjątkowa, dlatego jest tu tak wiele teleskopów” – dodaje. „To odległy obszar, ale nie na tyle odległy, aby uzyskanie danych z góry stanowiło problem – Robin może polegać na infrastrukturze”.

Obecnie teleskop jest w końcowej fazie budowy i oczekuje się, że zostanie oddany do użytku w 2025 r. „Obecnie pracujemy nad złożeniem wszystkich elementów w całość, ale wszystko jest na szczycie góry – to ważny kamień milowy, jaki osiągnęliśmy latem.” mówi Higgs. „Spodziewamy się, że wiosną przyszłego roku coś się wydarzy – połączymy wszystko w jedną całość, dopasujemy wszystko i upewnimy się, że wszystkie systemy, od góry do potoków i danych, będą wyglądać tak, jak powinny i są zoptymalizowane najlepiej, jak potrafimy. Prace przygotowawcze trwały do ​​tego dziesięciolecia, ale nie dowiesz się tego, dopóki wszystko nie zostanie uruchomione.

Po kilku miesiącach testów, pod koniec 2025 r., obserwatorium dokona pierwszych obserwacji, chociaż Higgs ostrzega, że ​​harmonogram ten jest „płynny”.

Główna misja Rubina nazywa się LSST – Starożytne badanie przestrzeni i czasu. „To badanie trwające 10 lat, podczas którego każdej nocy patrzymy na południowe niebo i powtarzamy to co trzy noce. W zasadzie przez dekadę tworzyliśmy film przedstawiający południowe niebo” – mówi Higgs.

Aparat mógłby robić zdjęcie co 30 sekund, co generowałoby 20 terabajtów danych co 24 godziny, co odpowiada przeciętnemu człowiekowi oglądającemu Netfliksa przez trzy lata lub słuchającemu Spotify przez 50 lat. Po ukończeniu ankieta wygeneruje ponad 60 milionów gigabajtów surowych danych.

Jednak przesłanie każdego zdjęcia z Chile do Kalifornii zajmie tylko 60 sekund, ponieważ sztuczna inteligencja i algorytmy najpierw je przeanalizują, wyszukają jakiekolwiek zmiany lub poruszające się obiekty, a jeśli coś znajdą, wydadzą alert.

„Spodziewamy się, że teleskop będzie emitował około 10 milionów sygnałów dźwiękowych każdej nocy” – mówi Higgs. „Alerty obejmują wszystko, co zmienia się na niebie i obejmują cały szereg sytuacji naukowych, takich jak obiekty w Układzie Słonecznym, asteroidy i supernowe. Spodziewamy się pojawienia się milionów gwiazd Układu Słonecznego i miliardów galaktyk i dlatego uczenie maszynowe jest naprawdę niezbędne.”

Higgs twierdzi, że dane będą co roku udostępniane wybranej grupie astronomów, a po kolejnych dwóch latach każdy zestaw danych zostanie udostępniony publicznie, aby mogła nad nim pracować globalna społeczność naukowa.

Istnieją cztery główne obszary badania Mamy nadzieję, że dane obejmą: inwentaryzację Układu Słonecznego, która obejmuje odkrycie kilku nowych ciał niebieskich i prawdopodobnie ukrytej planety znanej jako Dziewiąta Planeta; Mapowanie całej naszej galaktyki; badanie specjalnej klasy obiektów zwanych „nieustalonymi”, które z biegiem czasu zmieniają swoje położenie lub jasność; I zrozumienie natury ciemnej materii.

„Prawdopodobnie istnieje 10 różnych dziedzin nauki, w których mogę powiedzieć, że Robin osiągnie wspaniałe wyniki” – mówi Higgs. „Myślę, że w ciągu kilku miesięcy będziemy mieli więcej supernowych typu I niż kiedykolwiek zaobserwowano, na przykład obiektów międzygwiazdowych. Mamy teraz dwóch kandydatów, ale Rubin ma nadzieję, że będzie ich z dwóch do więcej niż kilku”.

„Istnieje wiele obszarów, w których przejdziemy od kilku rzeczy do statystycznie dużej próbki czegoś, a wpływ naukowy tego, co może to zrobić, jest ogromny”.

Społeczność astronomiczna jest bardzo podekscytowana Obserwatorium Very Rubin, mówi David Kaiser, profesor fizyki i profesor historii nauki w MIT. Według Kaisera teleskop powinien pomóc wyjaśnić odwieczne pytania dotyczące ciemnej materii i ciemnej energii, czyli dwóch najbardziej upartych i tajemniczych cech naszego Wszechświata.

„Obserwatorium Vera Rubin umożliwi astronomom mapowanie rozmieszczenia ciemnej materii jak nigdy dotąd w oparciu o to, jak ciemna materia zakrzywia ścieżkę normalnego światła gwiazd – proces znany jako „soczewkowanie grawitacyjne”” – wyjaśnia Kaiser. „Wydaje się, że ciemna materia jest wszechobecna w całym wszechświecie, ale nadal trudno jest określić, w jakim stopniu zbija się lub gromadzi w miarę upływu czasu w przypadku dużych obszarów nocnego nieba” – mówi, dodając, że zbierając więcej danych na temat rozmieszczenia ciemnej materii, Obserwatorium Vera może Rubin pomaga astrofizykom odkryć jego właściwości.

Kolejną długoletnią kosmiczną tajemnicą, którą Robin może rozwiązać, są poszukiwania Dziewiątej Planety. Konstantin Batygin, profesor nauk planetarnych w California Institute of Technology, który napisał kilka prac akademickich na ten temat, twierdzi, że teleskop nie tylko zapewnia „rzeczywistą możliwość bezpośredniego wykrycia Dziewiątej Planety, ale nawet jeśli planeta wymyka się bezpośredniej obserwacji, szczegółowe mapowanie struktury Dynamika zewnętrznego Układu Słonecznego – a zwłaszcza rozkład orbitalny małych obiektów – dostarczy kluczowych testów na rzecz hipotezy Dziewiątej Planety. Krótko mówiąc, Obserwatorium Vera Rubin zrewolucjonizuje nasze rozumienie zewnętrznego Układu Słonecznego i oczekuje się, że „zmieni zasady gry” – dodaje.

Niewielu astronomów nie jest entuzjastycznie nastawionych do Robina, mówi Kate Battle, wykładowca na uniwersytecie Wydziału Fizyki i Astronomii na University College London, ponieważ będzie mapował przestrzeń kosmiczną w skalach wielkości od najbardziej lokalnych – śledzących asteroidy bliskie Ziemi w naszym Układzie Słonecznym – po największą, mapując rozmieszczenie ciemnej materii we wszechświecie.

„Rubin będzie wielokrotnie powracał do tych samych części nieba, co oznacza, że ​​otworzy nowe możliwości w badaniu astronomicznych stanów przejściowych – będzie identyfikował gwiazdy zmienne, śledził pozostałości supernowych w trakcie ich rozpadu i monitorował niezwykle wysokoenergetyczne promieniowanie gamma promienie.” Rozbłyski i odbicia promieni kwazarów, które są bardzo odległymi i bardzo aktywnymi galaktykami. W ten sposób zapewni bezprecedensowy wgląd w ewolucję Wszechświata oraz znajdujących się w nim gwiazd i galaktyk.

Według Priyamvady Natarajana, profesora astronomii i fizyki na Uniwersytecie Yale, Obserwatorium Rubina pobije rekordy na wielu frontach, a cała społeczność astronomiczna czeka na dziewiczy lot. Badanie dostarczy danych do niezliczonych projektów naukowych, które pozwolą odpowiedzieć na wiele fundamentalnych otwartych pytań jednocześnie – od bliskiego wszechświata do odległego wszechświata, w tym nie tylko skarbnicy galaktyk, gromad gwiazd, kwazarów, supernowych i rozbłysków gamma. I inne obiekty tranzytujące – „Wyostrzy to także nasz obraz Układu Słonecznego dzięki niezrównanej jak dotąd liczbie asteroid bliskich Ziemi oraz obiektów Pasa Kuipera (obszar lodowych obiektów poza orbitą Neptuna) – krótko mówiąc, jest coś możemy na tym zyskać.” „Od niego”. „Wszyscy” – mówi.

Dodaje, że najbardziej ekscytującym odkryciem będzie odkrycie przez teleskop prawdziwej natury ciemnej materii – odkrycie, które z pewnością ucieszy Verę Rubin.

„Ostatecznie to jej przełomowa praca nad wykrywaniem ciemnej materii w galaktykach spiralnych w latach 70. popchnęła te wysiłki do przodu” – mówi Natarajan. „Perspektywy są kuszące – a rewolucje z pewnością nadchodzą”.