Το τηλεσκόπιο που θα αλλάξει το μέλλον της Αστροφυσικής – Ήδη ξεκίνησε την λειτουργία του – Πού βρίσκεται

Ο στόχος του Vera C. Rubin Observatory είναι η διεξαγωγή της δεκαετούς έρευνας Legacy Survey of Space and Time (LSST).

Στην κορυφή ενός βουνού στη Χιλή, μόλις τέθηκε σε λειτουργία ένα νέο μνημειώδες τηλεσκόπιο που αναμένεται να αλλάξει το μέλλον της αστρονομίας.  Ο στόχος του Vera C. Rubin Observatory είναι η διεξαγωγή της δεκαετούς έρευνας Legacy Survey of Space and Time (LSST). Η LSST θα παράσχει ένα σύνολο 500 πεταμπάιτ εικόνων και δεδομένων που θα απαντήσουν σε μερικά από τα πιο επείγοντα ερωτήματα σχετικά με τη δομή και την εξέλιξη του σύμπαντος και των αντικειμένων που το απαρτίζουν.

Το Rubin Observatory LSST έχει σχεδιαστεί για να καλύψει τέσσερις επιστημονικούς τομείς:

• Διερεύνηση της σκοτεινής ενέργειας και της σκοτεινής ύλης.

• Καταγραφή του ηλιακού συστήματος.

• Εξερεύνηση του μεταβατικού οπτικού ουρανού.

• Χαρτογράφηση του Γαλαξία μας.

Τα επιστημονικά ερωτήματα που θα εξετάσει το Αστεροσκοπείο Rubin είναι βαθιά, αλλά η ιδέα πίσω από το σχεδιασμό του Αστεροσκοπείου Rubin είναι εξαιρετικά απλή: να πραγματοποιηθεί μια βαθιά έρευνα σε μια τεράστια περιοχή του ουρανού, με συχνότητα που θα επιτρέπει τη λήψη εικόνων από κάθε μέρος του ορατού ουρανού κάθε λίγες νύχτες, και να συνεχιστεί με αυτόν τον τρόπο για δέκα χρόνια, ώστε να δημιουργηθούν αστρονομικοί κατάλογοι χιλιάδες φορές μεγαλύτεροι από όσους έχουν καταρτιστεί μέχρι σήμερα.

Η φάση κατασκευής του έργου θα παρέχει τις εγκαταστάσεις που απαιτούνται για τη διεξαγωγή της έρευνας: ένα τηλεσκόπιο οπτικής απεικόνισης με μεγάλο άνοιγμα και ευρύ πεδίο, μια κάμερα gigapixel και ένα σύστημα διαχείρισης δεδομένων.

«Θα έχει αντίκτυπο σε όλους τους τομείς της αστρονομίας»

Το τηλεσκόπιο Simonyi Survey Telescope, μήκους 8,4 μέτρων, χρησιμοποιεί ένα ειδικό σχεδιασμό με τρία κάτοπτρα, που δημιουργεί ένα εξαιρετικά ευρύ οπτικό πεδίο και έχει τη δυνατότητα να ερευνά ολόκληρο τον ουρανό σε μόλις τρεις νύχτες.

Η κάμερα LSST του Rubin Observatory πρέπει να παράγει δεδομένα εξαιρετικά υψηλής ποιότητας με ελάχιστο χρόνο διακοπής λειτουργίας και συντήρηση. Προκειμένου να αξιοποιηθούν οι υψηλής ποιότητας εικόνες που παράγονται σε ένα τόσο ευρύ πεδίο, η κάμερα περιέχει πάνω από τρία δισεκατομμύρια pixel στερεάς κατάστασης.

«[Το αστεροσκοπείο] Θα έχει αντίκτυπο σε σχεδόν όλους τους τομείς της αστρονομίας, από τους πλησιέστερους αστεροειδείς μέχρι το επεκτεινόμενο σύμπαν», λέει μιλώντας στον βρετανικό Observer ο Bob Mann, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου.

Μέχρι σήμερα, το μεγαλύτερο αστεροσκοπείο του κόσμου, με βάση το μέγεθος του τηλεσκοπίου, είναι το Gran Telescopio Canarias (GTC), γνωστό και ως GranTeCan, που βρίσκεται στο παρατηρητήριο Roque de los Muchachos στο νησί Λα Πάλμα (La Palma) των Καναρίων Νήσων, Ισπανία. Άλλα μεγάλα αστεροσκοπεία στον κόσμο:

1. Keck Observatory (Χαβάη, ΗΠΑ): Δύο τηλεσκόπια με κάτοπτρα 10 μέτρων το καθένα.
2. Very Large Telescope (VLT) – ESO, Χιλή: Σύστημα τεσσάρων τηλεσκοπίων 8,2 μέτρων.
3. Subaru Telescope – Χαβάη, Ιαπωνία: 8,2 μέτρα.
4. Thirty Meter Telescope (TMT) – Υπό κατασκευή (επίσης Χαβάη): Θα έχει κάτοπτρο 30 μέτρων.

Προς τιμήν μιας σπουδαίας αστρονόμου

Το Rubin Observatory, αξίας 700 εκατομμυρίων ευρώ, πήρε το όνομά του από την αείμνηστη αμερικανίδα αστρονόμο Vera Rubin, η οποία έφερε επανάσταση στις γνώσεις μας για τους γαλαξίες και τη σκοτεινή ύλη. Βρίσκεται στην κορυφογραμμή Cerro Pachón, στο βόρειο-κεντρικό τμήμα της Χιλής. Η τοποθεσία του παρατηρητηρίου βρίσκεται στην ενδοχώρα, σε απόσταση περίπου 100 χλμ. οδικώς από την πόλη La Serena, όπου βρίσκεται η Rubin Observatory Base Facility.

Σε συνδυασμό, όλα μαζί τα όργανά του μπορούν να παρέχουν εκπληκτικά λεπτομερείς στιγμιότυπους του σύμπαντος. Τη Δευτέρα 23 Ιουνίου, οι αστρονόμοι αποκάλυψαν τις πρώτες εικόνες που τραβήχτηκαν από το τηλεσκόπιο, η κατασκευή του οποίου ξεκίνησε επίσημα το 2015, αποκαλύπτοντας μυριάδες αστεροειδείς, νεφελώματα, γαλαξίες και πολλά άλλα, που εκτείνονται εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη.

Πανοραμικές λήψεις σε αστραπιαίες ταχύτητες

Ωστόσο, δεν είναι μόνο το μέγεθος αυτού του τηλεσκοπίου που το κάνει να ξεχωρίζει, αλλά και η ταχύτητα με την οποία κινείται. «Καλύπτουμε τον ουρανό εξαιρετικά γρήγορα για ένα τόσο μεγάλο τηλεσκόπιο», λέει ο Robert Lupton, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Princeton στο Νιου Τζέρσεϊ και επιστήμονας υπεύθυνος για την λειτουργία του Rubin. Κάθε 30 δευτερόλεπτα, γιγαντιαίοι κινητήρες μετακινούν το τηλεσκόπιο ελαφρώς, στρέφοντάς το προς ένα διαφορετικό τμήμα του νυχτερινού ουρανού.

Ο στόχος είναι, κάθε τρεις ή τέσσερις ημέρες, το τηλεσκόπιο να καταγράφει εικόνες ολόκληρου του ουρανού που είναι ορατός από το νότιο ημισφαίριο. Στη συνέχεια, θα το επαναλαμβάνει ξανά και ξανά – για 10 χρόνια. «Είναι ο συνδυασμός της έκτασης και της γρήγορης κάλυψης που είναι ενδιαφέρον», λέει ο Lupton.

Το συνολικό βάρος του τηλεσκοπίου είναι 300 τόνοι – περίπου διπλάσιο από το βάρος ορισμένων Boeing 747 – οπότε η μετακίνησή του δεν είναι εύκολη υπόθεση. «Το πραγματικά τρομακτικό δεν είναι το πόσο γρήγορα το κινούμε, αλλά το πόσο γρήγορα μπορούμε και το σταματάμε», λέει ο Lupton. Το τηλεσκόπιο δεν πρέπει να ταλαντεύεται, ώστε να διασφαλίζεται ότι οι εικόνες του είναι αρκετά καθαρές για επιστημονική μελέτη. Αυτές οι δυνατότητες του επιτρέπουν να δημιουργεί εικόνες του σύμπαντος με τρόπο που κανένα τηλεσκόπιο δεν έχει καταφέρει μέχρι τώρα.

«Με την λήψη εικόνων υψηλής ποιότητας του ουρανού, οι αστρονόμοι θα μπορούν να αναζητούν αλλαγές κάθε φορά που το τηλεσκόπιο επιστρέφει στο ίδιο σημείο. Αυτό θα αποκαλύψει αντικείμενα που κινούνται και αλλάζουν σε όλο το ηλιακό μας σύστημα και τον γαλαξία, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούμε πολύ εύκολα να εντοπίσουμε νέους αστεροειδείς και κομήτες, καθώς και γεγονότα σε όλο το σύμπαν που λαμβάνουν χώρα σε σχετικά σύντομα χρονικά διαστήματα, όπως οι πλανήτες σουπερνόβα», σημειώνει ο Observer.

Το τηλεσκόπιο συλλέγει έναν τεράστιο όγκο δεδομένων μέσω αυτών των παρατηρήσεων – περίπου 20 τεραμπάιτ, ή 20.000 γιγαμπάιτ (GB) ανά νύχτα, και τελικά 60 πεταμπάιτ (60 εκατομμύρια GB) συνολικά μόλις ολοκληρωθεί η δεκαετής Legacy Survey of Space and Time (LSST). Χώρες όπως το Ηνωμένο Βασίλειο θα βοηθήσουν στην επεξεργασία αυτών των δεδομένων, με υπολογιστικά κέντρα στο Πανεπιστήμιο του Λάνκαστερ και στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου να συμβάλλουν στη διαλογή του τεράστιου όγκου αντικειμένων.

Αυτό θα δώσει στους αστρονόμους του Ηνωμένου Βασιλείου – μαζί με τους ΗΠΑ και τη Γαλλία – την πρώτη «πρωτιά» στις παρατηρήσεις που θα κάνει ο Rubin. «Θα έχουμε το ένα τέταρτο του υπολογιστικού φόρτου εργασίας» για την ανάλυση των παρατηρήσεων του Rubin, λέει ο Mann, ο οποίος ηγείται των προσπαθειών του Ηνωμένου Βασιλείου για το LSST, δημοσιεύοντας ετήσια δεδομένα. «Πρόκειται για μια επιχείρηση σε κλίμακα που οι αστρονόμοι δεν έχουν ξαναζήσει μέχρι τώρα».

Οι προβλέψεις δείχνουν ότι το τηλεσκόπιο Rubin θα εντοπίσει συνολικά 37 δισεκατομμύρια αντικείμενα στον ουρανό. Στο ηλιακό μας σύστημα, αυτά θα περιλαμβάνουν περίπου 4 εκατομμύρια νέους αστεροειδείς – περισσότερους από το διπλάσιο του αριθμού που είναι γνωστός σήμερα – και χιλιάδες παγωμένα αντικείμενα πέρα από τον Ποσειδώνα. Αυτές οι ανακαλύψεις αναμένεται να γίνουν γρήγορα, όταν ο Rubin ξεκινήσει επίσημα την 10ετή έρευνά του αργότερα φέτος. «Τα πρώτα δύο χρόνια θα εντοπίσουμε το 70% αυτών των αντικειμένων», λέει η Meg Schwamb, αστρονόμος στο Queen’s University Belfast.

Πέρα από τον πλανήτη Ποσειδώνα

Το τηλεσκόπιο θα αυξήσει επίσης κατά περίπου έξι φορές τις γνώσεις μας για τα παγωμένα αντικείμενα πέρα από τον Ποσειδώνα. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει στοιχεία για έναν πιθανό επιπλέον πλανήτη στο ηλιακό σύστημα, τον Πλανήτη Εννέα, ο οποίος πιστεύεται ότι έχει μάζα έως και 10 φορές μεγαλύτερη από τη Γη και μπορεί να βρίσκεται σε τροχιά κάπου στα εξωτερικά όρια του ήλιου.

Μπορούμε να δούμε ενδείξεις για τη βαρυτική έλξη αυτού του πλανήτη σε αντικείμενα στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα, που τα αναγκάζει να σχηματίζουν συστάδες με περίεργους τρόπους, αλλά δεν είμαστε σίγουροι ότι υπάρχει.

«Θα οδηγήσει τις εξελίξεις την αστρονομία»

Πιο μακριά, το Rubin αναμένεται να καταγράψει εικόνες από δισεκατομμύρια αστέρια στον γαλαξία μας, οι οποίες θα μας βοηθήσουν να δημιουργήσουμε έναν πιο λεπτομερή χάρτη του Γαλαξία μας από ποτέ. Θα είναι επίσης σε θέση να εντοπίσει πλανήτες σε ολόκληρο τον γαλαξία και να παρατηρήσει βραχύβια φαινόμενα όπως οι σουπερνόβα.

Το φως από τους σουπερνόβα μπορεί να μας βοηθήσει να υπολογίσουμε πόσο γρήγορα απομακρύνονται οι γαλαξίες από εμάς, ένα χρήσιμο εργαλείο για τη μέτρηση της επέκτασης του σύμπαντος, η οποία προκαλείται από τη μυστηριώδη σκοτεινή ενέργεια.

Ο Mann, από την άλλη πλευρά, ελπίζει να χρησιμοποιήσει το τηλεσκόπιο Rubin για να δει πώς αλληλεπιδρούν οι γαλαξίες σε όλο το σύμπαν όταν συγκρούονται μεταξύ τους.

Η έρευνα του Rubin μπορεί να διαρκέσει μόνο 10 χρόνια, αλλά το εύρος και το βάθος των παρατηρήσεων που προσφέρει σημαίνει ότι οι αστρονόμοι θα μελετούν τα δεδομένα του για δεκαετίες. «Το LSST θα είναι η οπτική έρευνα της ζωής μας», λέει ο Mann. «Θα οδηγήσει τις εξελίξεις την αστρονομία για τα επόμενα 30 χρόνια».