Enajst mesecev dolg film o vesolju

Observatorij Vere Rubin v Andih v Čilu bo celotno južno nebo poslikal vsake tri noči, vsako točko na nebu bo v desetih letih načrtovanega delovanja opazoval približno tisočkrat. Nastal bo največji in najnatančnejši zemljevid neba, na katerem bo približno 40 milijard galaksij, zvezd in drugih nebesnih teles. V ponedeljek bo svet videl prve posnetke observatorija. Tisti, ki so jih že videli, so nad njimi navdušeni.

»Zelo vznemirljivo je bilo. Hkrati tudi napeto, ker nismo vedeli, ali bo sploh vse delovalo,« je dejal prof. dr. Željko Ivezić, direktor observatorija in profesor na Univerzi v Washingtonu v Seattlu, ki pri projektu sodeluje že več kot dve desetletji. »Pred snemanjem prvih posnetkov nismo imeli nikakršnih posebnih testiranj, zato nismo vedeli, kako bo teklo. Pričakovali smo, da bo potrebnih nekaj ur, morda celo noč, da bomo ustrezno nastavili teleskop, kamero in programsko opremo, da bomo na koncu dobili dober posnetek. Vendar smo prvi posnetek naredili že po minuti in pol, malo smo popravili fokus, poskusili znova, še malo popravili, in tretji posnetek je bil popoln. Ko smo ga videli, smo skoraj vsi jokali od sreče.«

Izjemna tehnologija za izjemno znanost

Serijo posnetkov nočnega neba v ultravisoki ločljivosti, ki dokazujejo izjemne zmogljivosti 800 milijonov evrov vrednega observatorija, bomo spoznali v začetku prihodnjega tedna in to bo zaznamovalo začetek nove dobe v astronomiji. Observatorij Rubin, ki je sestavljen iz zrcala s premerom 8,4 metra, največje in najzmogljivejše digitalne kamere na svetu ter avtomatiziranega sistema za prenos in obdelavo podatkov, bo namreč v naslednjem desetletju izvajal raziskavo optičnega neba brez primere, imenovano Legacy Survey of Space and Time (LSST).

Astronomi pogosto uporabljajo polni Lunin disk za opis vidnega polja teleskopa in za optični teleskop je vidno polje observatorija Rubin brez primere. Vesoljski teleskop Hubble opazuje približno en odstotek polne Lune, Webb pa približno 75 odstotkov Luninega diska. Vsaka slika observatorija Rubin pa zajame površino, ki je približno 45-krat večja od polne Lune.

Za zajem tolikšnega dela neba uporablja teleskop cilindrično digitalno kamero, ki je velika kot majhen avtomobil, tehta več kot tri tone, njena ločljivost je 3200 megapikslov (3200 milijonov slikovnih točk). Leča kamere je široka 1,6 metra in je največja optična leča, izdelana doslej. Resolucija bo tako velika, da bi brez težav videli podrobnosti žogice za golf, ki bi bila oddaljena 24 kilometrov.

Observatorij ima največjo digitalno kamero, poleg tega je zaradi inovativne zasnove zelo okreten.

Druga posebnost teleskopa je njegova okretnost, ki jo omogoča edinstvena zasnova zrcala: primarno zrcalo se podvoji kot terciarno zrcalo. Gre torej za dve zrcalni površini, združeni v eno, pri čemer ima vsaka drugačno ukrivljenost. Zunanja površina tvori primarno zrcalo, ki najprej ujame svetlobo iz vesolja; svetloba se odbije navzgor na 3,4-metrsko sekundarno zrcalo, ki ima v sredini luknjo za kamero, nato pa se svetloba znova odbije navzdol na notranjo petmetrsko površino, ki tvori terciarno zrcalo, preden se ponovno odbije navzgor proti kameri. S tem so odpravili potrebo po ločenem terciarnem zrcalu, kar je omogočilo, da je teleskop ostal kompaktne oblike in se ga lahko, kljub ogromni masi, hitro premika. Izdelava glavnega zrcala je trajala sedem let, dokončali so ga že leta 2015, do leta 2019 so ga hranili na varnem, nato pa je prepotovalo dobrih 11.000 kilometrov iz Arizone do vrha gore v Čilu.

Za vesoljske odprave je dobro le najboljše

Teleskop se premakne in posname posnetke različnih lokacij na nebu vsakih 40 sekund. V desetih letih bo nastalo toliko posnetkov, da jih bodo lahko sestavili v kar 11 mesecev dolg film, zato že zdaj astronomi govorijo o največjem filmu vseh časov. Ključno pri tem pa je, da bodo lahko slike neba med seboj primerjali in iskali razlike. Iskali bomo asteroide, supernove, plimska raztrganja zvezd … Vse, kar se bo v desetih letih spremenilo na nebu, bodo s teleskopom zaznali.

Podatke bodo prečesavale različne znanstvene skupine, pri čemer se bodo osredotočale na različna vprašanja, od kartiranja zgodovine vesolja, temne snovi do spremljanja potencialno nevarnih vesoljskih kamnov v našem osončju. V projektu od leta 2016 sodelujejo tudi slovenski strokovnjaki iz Centra za astrofiziko in kozmologijo Univerze v Novi Gorici. So del znanstvene skupine LSST za tranziente in spremenljive zvezde in skupine za temno energijo. Po besedah prof. dr. Andreje Gomboc jih zanimajo predvsem temna snov, plimska raztrganja zvezd v bližini črnih lukenj, dogodki gravitacijskih valov in eksplozije supernov, še posebej gravitacijsko lečene supernove in njihova uporaba pri merjenju hitrosti širjenja vesolja. Za te nepredvidljive in spremenljive astronomske dogodke so pripravili sistem opozoril, da se bodo lahko hitro odzvali in proti dogajanju na nebu usmerili še druge teleskope.

»Po eni strani bodo slike vesolja podobno podrobne, kakršne snemata Hubble in Webb. Njihova ločljivost bo nekoliko manjša, saj gledamo s površja Zemlje, ozračje pri tem predstavlja omejitev, koliko lahko vidimo. A če bo ločljivost nekoliko slabša, bo velikost slike toliko večja. Nebo lahko posnamemo približno stokrat hitreje kot katerikoli teleskop na Zemlji. In naš posnetek neba iz Čila bo za okoli tisočkrat večja slika neba kot vse slike, ki sta jih Hubble in Webb posnela do danes. In take slike bomo pridobivali deset let. Tako bo nastal film, na katerem bodo vidne vse spremembe. Videli bomo asteroide, ki bodo potovali po nebu, zvezde, ki spreminjajo sij, supernove,« je naštel Ivezić.

Ekipa observatorija (Željko Ivezić je na sredini fotografije) se je sredi aprila takole razveselila prvih posnetkov z največjo digitalno kamero na svetu. Fotografije RubinObs/NSF

Po prvem pogledu še nekaj mesecev dela

Observatorij Vere Rubin bo na skoraj toliko kot Triglav visoki gori Cerro Pachón v Čilu začel polno delovati v prihodnjih mesecih. »Med poletjem bomo podrobno nastavili celoten sistem. Nekaj stvari moramo še dokončati, upamo, da bomo vsa dela sklenili oktobra. Med drugim moramo namestiti še del kupole. Potem bo stekel projekt LSST. Takrat bo observatorij postal avtonomen, robotski teleskop, ki ga bo vodila programska oprema,« je pojasnil hrvaški astronom.

Kmalu zatem bodo astronomi že dobili prve uporabne podatke za svoje raziskave. »Zbirali in oddajali bomo več vrst podatkov. Te v realnem času, ki bodo prikazovali spremembe na nebu, bodo astronomi po vsem svetu dobili v 60 sekundah po tem, ko bo slika posneta. Podatki se bodo samodejno pošiljali v Kalifornijo, kjer bodo ustrezno obdelani, in vidna bo razlika med novo sliko in povprečjem vseh starih slik. Če bo sistem zaznal spremembo, se bo sprožil sistem opozoril. Vsakih 40 sekund bomo dobili novo sliko, na kateri bo nekaj tisoč objektov, ki so se na nebu spremenili, v povprečju bomo v eni noči zaznali 10 milijonov objektov. Enkrat na leto pa bomo izdali posebne kataloge, na katerih temelji delo astronomov,« je povedal.

V tem ogromnem filmu bodo pogledali globoko v preteklost vesolja. »Pri opazovanju galaksij bomo videli vesolje, ko je bilo pol mlajše kot danes, torej staro okoli šest, sedem milijard let. Opazovali bomo tudi kvazarje (izredno močno in oddaljeno aktivno galaktično jedro), te pa lahko vidimo praktično na robu vesolja. Kako daleč v preteklost lahko vidimo, je odvisno od občutljivosti detektorjev. Naši niso infrardeči kot instrumenti vesoljskega teleskopa Jamesa Webba, tako da najbolj oddaljenih z našim observatorijem ne moremo videti. Bomo pa vseeno videli 95 odstotkov vidnega vesolja,« je razložil Željko Ivezić.

Jeseni bo stekel desetletni projekt snemanja neba LSST. FOTO RubinObs/NSF

Observatoriji med seboj ne tekmujejo, ampak se dopolnjujejo. »Webb lahko s svojimi infrardečimi instrumenti vidi objekte, ki jih mi ne moremo. Je pa prednost observatorija Rubin, da lahko posnamemo celotno nebo, in to več tisočkrat v desetih letih. Vsi ti podatki skupaj bodo dali pravi odgovor. Če so podatki enaki ali vsaj podobni, dobite točen odgovor, če pa bo vsak teleskop povedal nekaj drugega, potem nekaj ni v redu,« je bil jasen.

Z zakladnico podatkov bodo astronomi razvozlali marsikatero uganko o vesolju, zelo verjetno se bodo pojavile še nove. »Najpomembnejše vprašanje, na katero bomo skušali odgovoriti z observatorijem Rubin, se vrti okoli temne energije, oziroma ali je treba prilagoditi Einsteinovo splošno teorijo relativnosti. Še vedno ne vemo, katera hipoteza je bližje resnici, ker nimamo dovolj dobrih podatkov. Menimo, da bomo čez šest, sedem let, morda celo prej, s podatki projekta LSST prišli do bolj jasnega zaključka.«

Temna snov in temna energija sta skrivnostni »prebivalki vesolja«, o katerih pa se ne ve veliko. V kozmologiji je temna energija konstanta, vendar ni povsem jasno, ali v resnici obstaja. Astronomska opazovanja kažejo, da temna energija povzroča pospešeno širjenje vesolja. Vendar to drži, če predpostavimo, da je Einsteinova splošna teorija relativnosti pravilna tudi na kozmoloških velikostnih skalah. Obstaja seveda še alternativna razlaga. Astronomi so z različnimi modeli pokazali, da lahko vesolje razložimo tudi brez obstoja temne energije. Morda obstaja majhna napaka v teoriji, ki je privedla do te interpretacije.

Trumpov proračun

Ideja za nov observatorij, ki bi raziskoval predvsem temno snov in temno energijo, se je porodila konec prejšnjega stoletja. Gradnja stavbe observatorija pa se je začela leta 2015, potem ko sta ameriška Nacionalna znanstvena fundacija (NSF) in ministrstvo za energijo ob donacijah zasebnikov zagotovila financiranje. Leta 2019 je ameriški kongres uradno poimenoval teleskop po pokojni astronomki Veri Rubin, ki je bila pionirka pri preučevanju temne snovi. Profesor Željko Ivezić je z observatorijem in projektom LSST povezan že od začetkov. Leta 2021 so ga imenovali za direktorja observatorija, pred tem je bil namestnik direktorja, še prej projektni znanstvenik. Bil je odgovoren za to, da sta bili zasnova in gradnja observatorija optimizirani za njegovo znanstveno poslanstvo. Zdaj bo znova prevzel vlogo znanstvenega direktorja. »Utrudila sta me nenehna skrb in razmišljanje o željah ljudi, o računih in o vsem, kar pravzaprav ni astronomija. Rad bi se vrnil k astronomiji, tako bom zdaj imel deljeno delo: deloval bom kot profesor v Seattlu in kot znanstveni direktor za LSST,« je pojasnil in dodal, da bo, ker lahko podatke iz observatorija Rubin pridobijo in analizirajo s kateregakoli konca sveta, verjetno deloval iz Zagreba. »Tako bom še bolj povezan z regionalno skupino, v kateri je tudi Slovenija. To mi bo v veliko veselje,« je poudaril.

Znano je, da je Trumpova administracija oklestila praktično vse proračune ameriških znanstvenih ustanov, seveda pred tem ni bila varna niti NSF, ki se ji bo proračun zmanjšal za dobro polovico, in sicer s 7,8 milijarde evrov v proračunskem letu 2024 na 3,3 milijarde v proračunskem letu 2026. Prihodnost nekaterih njihovih projektov je zelo negotova, gradnje 30-metrskega teleskopa na Havajih ne bo, bodo pa lahko nadaljevali gradnjo Magellanovega teleskopa v Čilu, zapreti bodo morali enega od dveh observatorijev gravitacijskih valov Ligo (eden deluje v Hanfordu na severozahodu ZDA, drugi v Livingstonu na jugovzhodu) ... Observatorij Vere Rubin bo sicer prejel 27 milijonov evrov, vendar je vsota za petino manjša od zaprošene. »Potencialno bi lahko imeli težave. Ampak gre za predsedniški proračun, zadnjo besedo ima kongres. Ali bodo proračune popravili, za zdaj ne vemo, vendar upamo, da jih bodo. Čez nekaj mesecev bomo videli, kaj se bo zgodilo,« je dejal Ivezić. »Vsekakor upamo, da bodo proračun popravili, sploh v norih delih, kjer sredstva režejo na pol. Z deset ali 15 odstotkov manj sredstvi se da stisniti in preživeti, če pa je sredstev pol manj, bodo morali ustaviti veliko projektov. Za nekatere me zelo skrbi. Observatorij Rubin je nov, nova tehnologija, upamo, da bomo dobili dovolj sredstev, da bomo mirno nadaljevali opazovanja jeseni. Tudi z nekoliko manj sredstvi kot v optimalnem proračunu lahko zdržimo. No, upam, da bomo dobili na koncu drugačen proračun. Trenutno pa ta res ni videti lepo.«