Обсерватория Веры Рубин: Самая большая в мире цифровая камера изменит правила игры в астрономии

Си-Эн-Эн
—

На вершине горы на севере Чили готовится к работе самая большая в мире цифровая камера.

Его миссия проста, но амбициозна: сфотографировать все ночное небо в мельчайших деталях и раскрыть некоторые из самых глубоких тайн Вселенной.

Расположенная внутри обсерватории Веры К. Рубин — нового телескопа, близящегося к завершению на Серро Пачон, горы высотой 2682 метра (8800 футов), примерно в 300 милях (482 километрах) к северу от чилийской столицы Сантьяго — камера имеет разрешение 3200 мегапикселейпримерно такое же количество пикселей, как у 300 мобильных телефонов, и каждое изображение будет охватывать область неба до 40 полнолуний.

Каждые три ночи телескоп будет снимать все видимое небо, создавая тысячи изображений, которые позволят астрономам увидеть все, что движется или меняет яркость. Ожидается, что таким образом Вера Рубин откроет около 17 миллиардов звезд и 20 миллиардов галактик, которые мы никогда раньше не видели, и это только начало.

«Робин многое сможет сделать», — говорит Клэр Хиггс, специалист по астрономии обсерватории. «Мы исследуем небо так, как никогда раньше, что дает нам возможность отвечать на вопросы, которые мы даже не думали задавать».

Телескоп будет сканировать ночное небо ровно десять лет, делая 1000 изображений каждую ночь. «Через 10 лет мы будем говорить о новых областях науки, новых классах вещей, новых типах открытий, о которых я даже не могу вам сейчас рассказать, потому что еще не знаю, что они собой представляют. это действительно интересно», — добавляет Хиггс.

В разработке С 2015 годаТелескоп назван в честь американского астронома-первопроходца Веры Рубин, которая умерла в 2016 году и, помимо других достижений, впервые подтвердила существование темной материи — неуловимого вещества, составляющего большую часть материи во Вселенной, но никогда не исследованного. заметил.

Проект был начат в начале 2000-х годов частными донорами, в том числе миллиардерами Чарльзом Симони и Биллом Гейтсом. Позже он был совместно профинансирован Управлением науки Министерства энергетики и Национальным научным фондом США, который также управляет им вместе с Национальной ускорительной лабораторией SLAC, исследовательским центром Стэнфордского университета в Калифорнии.

Хотя «Рубин» является национальной обсерваторией США, она расположена в чилийских Андах, где по ряду причин находится в том же месте, что и многие другие телескопы. «Для оптических телескопов вам необходимо возвышенное, темное и сухое место», — говорит Хиггс, имея в виду проблемы светового загрязнения и влажности воздуха, которые снижают чувствительность инструментов. «Вам нужна спокойная, понятная атмосфера, а качество ночного неба в Чили исключительное, поэтому здесь так много телескопов», — добавляет она. «Это отдаленный район, но он также не настолько удален, чтобы получение данных с горы было проблемой — здесь есть инфраструктура, на которую Робин может положиться».

В настоящее время телескоп находится на завершающей стадии строительства и, как ожидается, будет введен в эксплуатацию в 2025 году. «Сейчас мы работаем над сборкой всех частей воедино, но все это находится на вершине горы – это важная веха, которую мы достигли. за лето». — говорит Хиггс. «Мы ожидаем, что все произойдет весной следующего года: мы соберем все воедино, все согласуем, убедимся, что все системы, от сверху вниз до конвейеров и данных, выглядят так, как должны, и оптимизированы настолько, насколько это возможно. Для этого потребовались десятилетия подготовительной работы, но вы никогда не узнаете, пока все не начнете работать.

После нескольких месяцев испытаний, в конце 2025 года, обсерватория проведет свои первые наблюдения, хотя Хиггс предупреждает, что этот график «нестабилен».

Основная миссия Рубина называется LSST — Древнее исследование пространства и времени. «Это 10-летнее исследование, в ходе которого мы смотрим на южное небо каждую ночь и повторяем это каждые три ночи. Таким образом, мы фактически создали фильм о южном небе на десятилетие», — говорит Хиггс.

Камера могла делать снимок каждые 30 секунд, что будет генерировать 20 терабайт данных каждые 24 часа, что эквивалентно тому, что среднестатистический человек смотрит Netflix в течение трех лет или слушает Spotify в течение 50 лет. По завершении опроса будет получено более 60 миллионов гигабайт необработанных данных.

Однако передача каждой фотографии из Чили в Калифорнию займет всего 60 секунд, поскольку ИИ и алгоритмы сначала проанализируют ее, отыщут любые изменения или движущиеся объекты и выдадут предупреждение, если что-нибудь будет обнаружено.

«Мы ожидаем, что телескоп будет издавать около 10 миллионов звуковых сигналов каждую ночь», — говорит Хиггс. «Предупреждения — это все, что меняется в небе, и они охватывают целый ряд научных ситуаций, таких как объекты Солнечной системы, астероиды и сверхновые. Мы ожидаем появления миллионов звезд Солнечной системы и миллиардов галактик, вот почему. машинное обучение действительно важно».

Хиггс говорит, что данные будут предоставляться избранной группе астрономов каждый год, а еще через два года каждый набор данных станет общедоступным для работы мирового научного сообщества.

Существует четыре основных направления исследовать Есть надежда, что данные будут охватывать: составление инвентаризации Солнечной системы, которая включает открытие нескольких новых небесных тел и, возможно, скрытой планеты, известной как Девятая планета; Картографирование всей нашей галактики; исследование особого класса объектов, называемых «транзиентами», которые со временем меняют свое положение или яркость; И понимание природы темной материи.

«Наверное, есть 10 различных областей науки, в которых я могу вам сказать, что Робин добьется отличных результатов», — говорит Хиггс. «Я думаю, что через пару месяцев у нас будет больше сверхновых типа I, чем когда-либо наблюдалось, например, межзвездных объектов. Сейчас у нас есть два кандидата, но мы надеемся, что Рубин увеличит их число с двух до более чем нескольких».

«Есть много областей, в которых мы перейдем от нескольких вещей к статистически большой выборке чего-то, и научное влияние того, что это может сделать, огромно».

Астрономическое сообщество очень воодушевлено обсерваторией Веры Рубин, говорит Дэвид Кайзер, профессор физики и профессор истории науки в Массачусетском технологическом институте. По словам Кайзера, телескоп должен помочь прояснить давние вопросы о темной материи и темной энергии, двух самых упрямых и загадочных особенностях нашей Вселенной.

«Обсерватория Веры Рубин позволит астрономам составить карту распределения темной материи, как никогда раньше, основываясь на том, как темная материя искривляет путь обычного звездного света – процесс, известный как «гравитационное линзирование», – объясняет Кайзер. «Похоже, что темная материя повсеместно распространена во Вселенной, но по-прежнему трудно определить, насколько она сгущается или агрегируется с течением времени на больших участках ночного неба», — говорит он, добавляя, что, собрав больше данных о распределении темной материи, Обсерватория Вера может Рубин помогает астрофизикам открыть его свойства.

Еще одна давняя космическая загадка, которую может разгадать Робин, — это поиск Девятой планеты. Константин Батыгин, профессор планетологии Калифорнийского технологического института, написавший несколько научных статей на эту тему, говорит, что телескоп не только дает «реальную возможность обнаружить Девятую планету напрямую, но даже если планета ускользает от прямого наблюдения, подробное картирование структуры. Динамика внешней солнечной системы – и особенно орбитальное распределение небольших объектов – станет решающим испытанием гипотезы Девятой Планеты. Короче говоря, обсерватория Веры Рубин призвана произвести революцию в нашем понимании внешней солнечной системы. и, как ожидается, «изменит правила игры», добавляет он.

Мало кто из астрономов не в восторге от Робина, говорит Кейт Баттл, преподаватель университета. Факультет физики и астрономии Университетского колледжа Лондона, потому что он будет отображать пространство в различных масштабах: от самых локальных (отслеживающих околоземные астероиды в нашей Солнечной системе) до самых крупных, отображающих распределение темной материи по Вселенной.

«Рубин будет возвращаться в одни и те же части неба снова и снова, а это значит, что он откроет новые горизонты в изучении астрономических транзиентов – он будет идентифицировать переменные звезды, отслеживать остатки сверхновых по мере их распада и отслеживать чрезвычайно высокоэнергетическую гамма-излучение. лучи». Лучевые вспышки и перевороты квазаров, очень далеких и очень активных галактик. При этом он предоставит беспрецедентное понимание того, как развивалась Вселенная, звезды и галактики внутри нее.

По словам Приямвады Натараджана, профессора астрономии и физики Йельского университета, обсерватория Рубин побьет рекорды на многих фронтах, и все астрономическое сообщество ожидает первого полета. Исследование предоставит данные для бесчисленных научных проектов, которые будут решать множество фундаментальных открытых вопросов одновременно – от ближней Вселенной до далекой Вселенной, включая не только сокровищницу галактик, звездных скоплений, квазаров, сверхновых и гамма-всплесков. И другие транзитные объекты — «Это также обострит наше представление о Солнечной системе с невиданным доселе запасом околоземных астероидов и объектах пояса Койпера (область ледяных объектов за пределами орбиты Нептуна) — короче, есть что-то мы можем извлечь выгоду из «от него». «Все», — говорит она.

Она добавляет, что самым захватывающим открытием будет, если телескоп раскроет истинную природу темной материи. – открытие, которое обязательно порадует Веру Рубин.

«В конечном итоге именно ее плодотворная работа по обнаружению темной материи в спиральных галактиках в 1970-х годах подтолкнула это начинание вперед», — говорит Натараджан. «Перспективы заманчивы – и революции, безусловно, происходят».