Elkészült és jelenleg tesztelési fázisban tart a várva várt chilei Vera C. Rubin Obszervatórium, amely hamarosan gyökeresen átformálhatja a csillagászatot. Széleskörű és gyors felmérése dinamikus objektumok milliárdjait fogja elénk tárni, miközben a Világegyetem mély térképét is megalkotja.
Korábban is írtunk már a chilei távcsőarzenálról, amelynek tagjai hatalmas sebességgel, egyre másra nőnek ki a földből. Hasonlóan gyorsan lesz képes ez az óriási teleszkóp is ontani magából a felfedezéseket. A tükröket tartó acélszerkezet zömök és robusztus, de ugyanakkor könnyű is, így fürgén mozog és áll meg.
A szívében lévő kamera is sebes, amely másodpercek alatt képes egy 3200 megapixeles felvételt „kiköpni” minden expozícióból (egy mai okostelefon kamerafelbontásának ez mintegy százszorosa).
Gyorsnak kell lennie, mert sok égtájat kell lefednie. A legtöbb teleszkóppal ellentétben, amelyek bizonyos objektumokra közelítenek, a Rubin könyörtelenül végigvonul az égbolton, és 45 teleholdnyi területet fog megörökíteni a látómezejében. A három tonnás, autóméretű kamera minden egyes állomáson -100°C-ra hűtött 189 fényérzékelővel rögzíti a látványt, és olyan gazdag képet alkot, hogy 400 ultranagy felbontású képernyőre lenne szükség a teljes megjelenítéséhez. Minden egyes pillanatfelvétel 30 másodpercig tart; ezután a teleszkóp kevesebb mint 5 másodperc alatt egy új terület felé „pördül”.
Ily módon mindössze három nap alatt összeállít egy patchwork (összefűzött) képet a Chiléből látható teljes égboltról, mielőtt elölről kezdene mindent. A panorámafelvételek fokozatosan a Világegyetem time-lapse filmjévé fognak összeállni.
A Rubin minden egyes új „filmkockát” összehasonlít az előzővel, és mindent felismer, ami elmozdult, fényereje megváltozott, vagy hirtelen megjelent.
Egy kép elküldését követő egy percen belül feldolgozó központja minden egyes új, változó fényességű (tranziens) objektumról – éjszakánként akár 10 millióról – riasztást generál. Némelyikük közel lesz otthonunkhoz a Naprendszerben: milliónyi új aszteroida és más objektum – és talán még a rejtélyes 9-es bolygó is, egy hipotetikus égitest a Neptunuszon túl. (A riasztórendszer megpróbálja majd kizárni a Föld körüli műholdak egyre növekvő flottái által hagyott „sávokat”.)
Távolabb, a Tejútrendszerben és környékén minden egyes Rubin-fotó átlagosan 7200 változócsillagot, például cefeidákat rögzít, amelyeket távolságmérésre és a csillagok kémiai összetételének vizsgálatára használnak.
A Tejútrendszeren túl pedig a Rubin minden éjjel több százezer kozmikus jelenséget fog kémlelni. Ilyen lehet egy óriáscsillag, amely szupernóva-robbanással fejezi be életét, egy hatalmas fekete lyuk, amely szétszakít egy túl közel tévedt csillagot, vagy keringő neutroncsillagok, amelyek összeolvadnak egy titáni ütközésben.
A legritkább, legszokatlanabb, legérdekesebb dolgok azok, melyeket a szakemberek ki akarnak választani a riasztások közül – mondta Eric Bellm, a Washingtoni Egyetem csillagásza, aki a Rubin-riasztások előállításának tudományos vezetője.
Új időszámítás az űrkutatásban
Az Obszervatórium nem hagyja figyelmen kívül azokat a tárgyakat sem, amelyek az idő múlásával is fennmaradnak. A 10 éves felmérés előrehaladtával a képek ismételt „egymásra helyezésével” lassan felépíti a kozmosz valaha készült legmélyebb és legrészletesebb térképét, amely több milliárd galaxist tartalmaz, közülük pedig néhány olyan fényben ragyog, amely 11 milliárd évvel ezelőtt indult útjára, amikor a Világegyetem a jelenlegi korának kevesebb mint egynegyedét érte csak el. A csillagászok megtudhatják, hogyan fejlődnek és növekednek ezek a galaxisok, és az időben és térben való eloszlásukból következtetni fognak arra, hogyan befolyásolja azokat a sötét anyag és a sötét energia, két olyan titokzatos matéria, amelyek bár nem láthatók, de a feltételezések szerint együttesen az Univerzum tartalmának 95 százalékát teszik ki.
Ez az átfogó felmérés a tervek szerint körülbelül 6 hónap múlva kezdődik. Addig is a Rubin munkatársai gyakorolják a szükséges lépéseket, hogy a következő 10 évben minden éjjel felvételeket készítsenek. Az első tesztképeket június 23-án mutatták be a nyilvánosságnak, köztük azt, amelyik a Trifid- (jobbra fent) és a Lagúna-ködöt (középen lent) mutatja. Ezek olyan gázfelhők, amelyekből új csillagok születnek és több ezer fényévre találhatók a Földtől a Tejútrendszerben. Rubin úgy készít ilyen felvételeket, hogy a 30 másodperces expozíciókat „egymásra rakja”, hogy olyan részleteket tartalmazó képet kapjon, amelyek egyébként halványak vagy láthatatlanok lennének. Ez az említett felvétel például 678 különálló kép kombinációja, amelyek 7 óra megfigyelési idő alatt készültek.
Forrás: Wikimedia Commons
A 800 millió dolláros Obszervatórium ugyanolyan adatgyár lesz, mint egy teleszkóp. A SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) és az amerikai Nemzeti Optikai és Infravörös Csillagászati Kutatólaboratórium (NOIRLab) egy teljesen új infrastruktúrát hozott létre a Rubin képáradatának befogadására és kezelésére.
Az éjszakai tranziens riasztások generálásán túl a SLAC az európai műholdas központokkal együtt „megtisztítja” a képeket, az adatokat éves kiadványokba rendezi, és egy online portálon keresztül elérhetővé teszi a csillagászok és a nagyközönség számára az Egyesült Államokban, valamint Kanadában, Chilében, Franciaországban és az Egyesült Királyságban, vagyis ahonnan hozzájárulást nyújtottak a projekthez.
Világszerte a kutatók évek óta fejlesztik a gépi tanulási és mesterséges intelligencia rendszereket, hogy megbirkózzanak az új objektumok adatainak közelgő áradatával. Számos más teleszkóp – némelyikük teljesen robotizált – készen áll arra, hogy riasztás esetén ráközelítsen és megfigyelje az új tranzienseket, hogy lássa, mik azok, és hogyan fejlődnek.
A sötét anyag ihlette
Tony Tyson, a Rubin vezető kutatója, a Kaliforniai Egyetem (Davis) csillagásza szerint az Obszervatórium ötlete több mint negyedszázaddal ezelőtt született meg, amikor egy másik chilei teleszkóp vezérlőtermében ült. Akkoriban a Bell Labs-nek (ipari kutatóvállalat) dolgozott, és a sötét anyagot tanulmányozta, amely a galaxisok kialakulásában meghatározó. Egyelőre ismeretlen a természete, mivel a kutatók csak gravitációs hatásain keresztül tudják érzékelni.
Tyson a sötét anyag eloszlását akarta feltérképezni abból, ahogyan annak gravitációja torzítja a távolabbi galaxisok képét – ez a technika a gyenge gravitációs lencsézés néven ismert.
A csillagászok által régóta használt fényképlemezek viszont ekkoriban még nem voltak elég érzékenyek ahhoz, hogy nagy távolságban lévő galaxisokat lássanak.
Emiatt Tyson és munkatársai továbbfejlesztettek egy korábbi találmányt: a CCD-ket (charge-coupled devices), olyan félvezető áramköröket, amelyek a beérkező fényt elektromos jelekké alakítják, így kiolvashatóvá válnak. Egyre több és több képpontot tartalmazó chipeket építettek, míg végül egy olyat készítettek, amely négymillió pixelt, azaz 4 megapixelt tartalmazott – ami ma egy digitális fényképezőgép esetében szerény, de akkoriban megdöbbentő értéknek számított.
Egyik éjjel jött Tysonnak az ötlet, hogy a sötét anyag keresése sokkal hatékonyabb lenne egy nagy, széles látómezejű teleszkóppal, amely az égbolt egy hatalmas területéről egyszerre gyűjtené be a fényt, és sokkal nagyobb CCD-kre fókuszálná azt. Ehhez összeállt Roger Angellel – az Arizonai Egyetem asztrofizikusával, aki a világ legnagyobb távcsöveihez épített tükröket –, hogy megkezdődhessen az építés.
Az elkészült berendezésnek a Sötét Anyag Teleszkóp nevet adták, ám miután rájöttek, hogy az eszköz a sötét anyag vizsgálatánál sokkal többre is képes, átnevezték Nagy Szinoptikus Felmérő Távcsőre (Large Synoptic Survey Telescope). Mintegy két évtizeddel később, amikor a teleszkóp kezdett formát ölteni a Cerro Pachón hegyen Chilében, újra átnevezték. A végső nevét Vera C. Rubin csillagászról kapta, aki a sötét anyagot a galaxisok forgására gyakorolt hatásának feltérképezésével találta meg, és 2016-ban hunyt el.
Forrás: Wikipedia
A távcsőnek ekkorra már egy másik célja is lett: az 1990-es években felfedezett sötét energia vizsgálata. Ez gyakorlatilag a sötét anyag ellentéte, egy taszító erő, amely az Univerzumot egyre gyorsabb tágulási sebesség felé tolja, szemben a sötét anyaggal, amelynek gravitációja megpróbálja lelassítani a tágulást. A csillagászok először a távoli szupernóvák mozgásában észlelték a hatását, részben Tyson első CCD-kamerájának segítségével.
Elkapni egy kilonovát!
A kozmológusok azt szeretnék tudni, hogy a sötét energia állandó-e – amit az üres tér vákuumában rejlő energiával magyaráznak – vagy idővel változott, ami egy különlegesebb magyarázatra utalna.
Jelenleg a legtöbb tanulmány szerint állandó. Az év elején viszont az arizonai teleszkópon működő Sötét Energia Spektroszkópiai Műszer (Dark Energy Spectroscopic Instrument) által végzett felmérés során először merült fel, hogy a sötét energia a kozmikus történelem során változhatott – a kozmológusok remélik, hogy a Rubin által biztosított igen nagy számú galaxisminta segítségével megerősíthetik vagy megcáfolhatják ezt a feltételezést.
Már korábban, a 2013 és 2019 között a szintén Chilében található Víctor M. Blanco-teleszkóp segítségével zajló Sötét Energia Felmérés (Dark Energy Survey) projekt keretében is több százezer galaxisképet gyűjtött össze. A 2023-ban indult Euclid-űrteleszkóp azonban egymilliárdot céloz meg, a Rubin a tervek szerint pedig mintegy 20 milliárdot észlelhet.
Mindezek a galaxisok kialakulását és fejlődését tanulmányozó kutatók számára is tanulságokkal szolgálnak, mivel a halvány törpegalaxisok hatalmas populációját teszik láthatóvá.
Amit ugyanis a galaxisok fejlődéséről megértünk, azt leginkább a fényes objektumok alapján tudjuk. Ismereteink tehát mindössze a jéghegy csúcsát jelentik. Az olyan nagy galaxisok, mint a Tejútrendszer, a galaxisfejlődés késői szakaszát képviselik, többszörös összeolvadások eredményeként.
Azáltal, hogy a kisebb galaxisokat nagyobb távolságban látjuk, amelyek az idő korábbi szakaszaiban egyesültek és növekedtek, Rubin megmutatja, hogy igazuk van-e az elméletalkotóknak, és azt is, hogy ez a folyamat hogyan befolyásolja a galaxisok alakját és a csillagkeletkezés ütemét.
Forrás: Wikipedia
Mivel a legtöbb galaxis középpontjában szupernagy tömegű fekete lyukak találhatók, a galaxisok összeolvadásakor ilyen óriásgalaxisok párjainak is lassan, évmilliárdok alatt, spirálisan egymás felé kell haladniuk. A végső stádium a feltételezések szerint ritmikus fényességváltozásokat okozhat, például, ha az egyik fekete lyuk rendszeresen „ütközik” a másikat körülvevő fényes, forró anyagkoronggal. A megfigyelőknek azonban még nem sikerült megerősíteniük az ilyen ismétlődő eseményeket, amelyek között akár évek vagy évtizedek is lehetnek. A Rubin várhatóan több ezer szupernóvát is fog észlelni minden éjszaka, közeli és távoli galaxisokban, így akár ez is megtörténhet.
Graham Smith, a Birminghami Egyetem asztrofizikusa egy sokkal ritkább eseményt szeretne „elkapni”: egy kilonóvát, a neutroncsillagok (nagy sűrűségű „halott” csillagok, amelyek nem rendelkeztek elég tömeggel ahhoz, hogy fekete lyukká váljanak) összeolvadásakor keletkező robbanást. Egy ilyen jelenség megörökítése a szó szoros értelmében aranybánya lenne a csillagászok számára, mivel a kilonóvák a folyamat során a kisebb atommagok összeolvadásával a feltételezések szerint számos nehéz elemet, köztük aranyat is „kovácsolnak”.
2017-ben a gravitációshullám-detektorok egy neutroncsillag összeolvadásának „hullámzását” érzékelték, de nem tudták pontosan meghatározni a helyét. A csillagászoknak 11 órába telt megtalálni a kilonóvát, ám addigra lemaradtak a fényességének döntő fontosságú emelkedő fázisáról. Ha egy ilyen észlelés ismét bekövetkezne, a Rubin széles és érzékeny látóterét a keresésre lehetne fordítani.
Még szerencsésebb, ha egy kilonóva egy galaxis vagy galaxishalmaz mögött robban fel, amely gravitációs lencseként működhet. Eredményeként a robbanásról több felvétel is készülhet, amelyek mindegyike kissé eltérő időpontot jelenítene meg. A csillagászok így akár a robbanás kezdetét is megpillanthatják, és új információkat szerezhetnek a nehéz elemek keletkezéséről, vagy az anyag különös állapotáról. A kilonóva fénygörbéjének emelkedő része az egyik legfontosabb válaszforrása lehet a neutroncsillagok összeolvadásával kapcsolatos néhány fontos kérdésnek.
Tökéletes eszköz a titokzatos X bolygó felfedezéséhez is (már ha létezik)
A Földhöz közelebb a Rubin a Naprendszer új objektumainak tárházát fedezheti fel. Akár 3,7 millió főövi aszteroidát, 32 ezer Neptunuszon túli objektumot és 90 ezer új földközeli aszteroidát találhat – köztük olyanokat is, amelyek veszélyeztethetik a Földet. Az objektumok típusától függően ez a jelenleg ismert szám sokszorosa.
Konstantin Batygin, a Kaliforniai Technológiai Intézet (Caltech) bolygókutatója egy bizonyos Naprendszerbeli objektumra kíváncsi. Mike Brown kollégájával, a Caltech csillagászával közösen 2016-ban megalkották elméletüket, amely szerint egy maroknyi jeges objektum különös pályacsoportosulása messze a Neptunuszon túl egy láthatatlan, hasonlóan távoli, a Földnél nagyobb bolygó hatását tükrözi. A teleszkópoknak eddig nem sikerült bemérniük a 9-es vagy X-bolygót, de a Rubin tökéletes eszköz lehet arra, hogy megtalálják – persze ha a pályája az Obszervatórium látóterébe esik.
Ettől függetlenül Batygin arra számít, hogy Rubin számos távoli objektumot talál majd a bolygók keringési síkján kívül – talán egy teljesen új, eddig alig tanulmányozott populációt. A Naprendszer legkülső szélein reményei szerint a Nap születésének halvány „feljegyzéseit” is megtalálhatja. A legtöbb csillag halmazokban, óriási gázfelhőkből születik, aztán gyorsan szétszóródik, ám korai gravitációs „lökdösődésük” kaotikus nyomot hagyhat a Naprendszer legtávolabbi objektumainak pályájában.
A Rubin által felfedezett objektumok közül néhány akár más bolygórendszerekből is származhat majd. 2017 óta a csillagászok két olyan „szikladarabot” észleltek, amelyek túl gyorsan száguldanak a Naprendszerben ahhoz, hogy gravitációsan kötődjenek a Naphoz. Nem tudni, ezeket mi taszította el otthonuktól – talán egy másik, közelükben elhaladó csillag –, de továbbiak megtalálása és kémiai összetételük tanulmányozása fényt deríthet más bolygórendszerek felépítésére is.
