Najmoćnije oko čovječanstva. Prvi pogled iz zvjezdarnice Vera Rubin

Zvjezdarnica Vera C. Rubin pratit će sve, od sitnih objekata blizu Zemlje do najudaljenijih galaksija, kako bi pomogla odgovoriti na ključna pitanja o prirodi tamne tvari, tamne energije i širenju svemira, piše Lana Ceraj. Prva znanstvena ustanova nazvana po znanstvenici, zvjezdarnica Rubin donosi novu eru dinamičke astronomije – ne samo mapiranja svemira, već i praćenja njegove promjene kroz vrijeme.

• Naslovna fotografija: Zvjezdarnica Vera C. Rubin (Rubin Observatory/NSF/AURA/B. Quint / CC BY 4.0)

• Autorica je astrofizičarka i popularizatorica znanosti, izvršna direktorica udruge MUZZA i national outreach coordinator Međunarodne astronomske unije (IAU) u Hrvatskoj.

Zamislite kameru koja svake noći snima nebo i bilježi svaku promjenu. Takva kamara nalazi  se u sklopu zvjezdarnice Vera C. Rubin, a pratit će sve: od sitnih objekata blizu Zemlje do najudaljenijih galaksija, sve kako bi pomogla znanstvenicima odgovoriti na ključna pitanja o prirodi tamne tvari, tamne energije i širenju svemira. Ta kamera ne fotografira samo svemir, već ga snima u pokretu čime otvara vrata potpuno novoj eri astrokinematografije.

Zvjezdarnica je smještena na vrhu planine Cerro Pachón u Čileu, na 2700 metara nadmorske visine. Lokacija jeo dabrana zbog iznimno tamnog neba, suhog zraka i stabilne atmosfere. (RubinObs/NOIRLab/SLAC/NSF/DOE/AURA/A. Pizarro D. / CC BY 4.0)

U lipnju ove godine svijet je dobio najnapredniji stroj za otkrivanje svemira do danas. Taj stroj nalazi se u sklopu zvjezdarnice Vera C. Rubin koja je smještena visoko u čileanskim Andama. Tijekom sljedećih deset godina neumorno će snimati cijelo južno nebo svake tri noći, bilježeći promjene u stvarnom vremenu. Prve slike, objavljene nakon samo deset sati testnog rada, već su zadivile znanstveni svijet. Otkriveno je čak 2104 dosad nepoznatih asteroida, a u jednom kadru snimljeno je čak 10 milijuna galaksija.

Zvjezdarnica Vera C. Rubin jedno je od najsuvremenijih astronomskih postrojenja na svijetu, smješteno na planini Cerro Pachón u Čileu, na 2700 metara nadmorske visine. Odabrana lokacija nije slučajna; riječ je o području s iznimno tamnim nebom, suhim zrakom i tankom atmosferom, što omogućava optimalne uvjete za astronomska promatranja. Projekt je zajednički pothvat američke Nacionalne zaklade za znanost (NSF) i Ministarstva energetike (DOE), dok je za svakodnevni rad zadužen NOIRLab u suradnji s Nacionalnim laboratorijem SLAC. Zvjezdarnica je zamišljena početkom 1990-ih kao veliki sinoptički teleskop za proučavanje tamne tvari i promjenjivog svemira, a tijekom godina razvijala se uz potporu brojnih donatora, među kojima se ističu Bill Gates i Charles Simonyi.

Rubin je postala pionirka u području proučavanja gibanja galaksija, a njezina istraživanja pružila su ključne dokaze o postojanju tamne tvari. (NOIRLab/NSF/AURA / CC BY 4.0)

Vera Rubin bila je američka astronomkinja koja je zauvijek promijenila način na koji razumijemo svemir. Rođena 1928. godine, Rubin je postala pionirka u području proučavanja gibanja galaksija, a njezina istraživanja u 1970-ima pružila su ključne dokaze o postojanju tamne tvari – nevidljive tvari koja čini većinu mase svemira, ali ne emitira svjetlost ni energiju. Unatoč preprekama koje su žene tada imale u znanosti, Rubin je ostvarila iznimnu karijeru i ostala poznata po svojoj predanosti znanstvenoj istini i jednakosti u znanstvenoj zajednici. Zvjezdarnica Vera C. Rubin prva je velika američka znanstvena ustanova nazvana po jednoj ženi, čime se odaje počast ne samo njezinim znanstvenim doprinosima nego i njezinoj ulozi u otvaranju vrata budućim generacijama znanstvenica.

Ovaj revolucionarni projekt rezultat je višedesetljetnog razvoja i međunarodne suradnje, a iz Hrvatske je ključnu ulogu imao astrofizičar Željko Ivezić, profesor na Sveučilištu u Washingtonu, koji je vodio završnu fazu gradnje i bio znanstveni direktor misije. Zvjezdarnica će tijekom deset godina rada stvoriti vremenski zapis svemira snimanjem južnog noćnog neba svakih nekoliko dana, pri čemu će se akumulirati više od 500 petabajta podataka i zabilježiti oko 40 milijardi objekata.

Čelična montaža teleskopa izrađena je u Španjolskoj i u 26 dijelova dopremljena u Čile, gdje je ponovno sastavljena na vrhu planine Cerro Pachón.  Najduži dio imao je čak 14 metara duljine i 4,5 metara visine. Kupola i teleskop mogu se pomicati neovisno na način da se kupola polako pomiče prema novoj poziciji dok teleskop završava snimanje i zatim ju sustiže. Kroz cijeli sustav provučeni su kilometri kablova koji osiguravaju napajanje, komunikaciju i zrak pod tlakom, a posebna rotacijska struktura u središtu teleskopa, tzv. “paukovo vreteno”, omogućuje da se kablovi tijekom rotacije namataju i odmataju bez zapetljavanja.

­  ­

LSST je najveća digitalna kamera ikad izrađena za astronomiju. Teška je gotovo 3000 kilograma i veličine je malog automobila. Ova kamera rezolucije 3200 megapiksela snimat će nebo svake noći i pritom bilježiti ogromne količine podataka iz svemira. (J. Ramseyer Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory, LSST Project Office / CC BY 4.0)

U središtu sustava nalazi se inovativni teleskop Simonyi promjera 8,4 metra, opremljen jedinstvenim trozrcalnim sustavom koji omogućuje široko vidno polje i brzo pomicanje. Teleskop je nazvan prema Charlesa Simonyija, čija je obitelj u ranoj fazi projekta donacijom omogućila izradu primarnog zrcala. Teleskop promatra vidno polje od čak 9,62 kvadratna stupnja, što je više od 40 puta veće od površine punog Mjeseca! Ovaj iznimno široki vidokrug rezultat je jedinstvenog optičkog dizajna teleskopa koji se sastoji od kompaktne konstrukcije s tri zrcala i velikog refraktivnog korektora.

Svjetlost koju usmjerava teleskop Simonyi, snima kamerom LSST (engl. Legacy Survey of Space and Time). Kamera LSST najveća je digitalna astronomska kamera ikad izgrađena! Veličine je malog automobila, mase gotovo 3 tone, a njenih 189 CCD senzora fotografira sliku rezolucije od čak 3200 megapiksela.

Za takve zahtjeve podatke, potreban je i poseban sustav za pohranjivanje i obradu podataka. Sofisticirana podatkovna mreža prenosit će 20 terabajta novih informacija sa zvjezdarnice svakog dana prema analitičkim centrima diljem svijeta. Sa svim svojim tehnološkim naprecima, zvjezdarnica Rubin zaista donosi novu eru dinamičke astronomije – ne samo mapiranja svemira, već i praćenja njegove promjene kroz vrijeme što će zasigurno rezultirati neočekivanim otkrićima.

Kamera LSST ima vidno polje od čak 9,6 kvadratnih stupnjeva, što odgovara površini od oko 45 punih Mjeseca. Zbog izuzetno širokog vidnog polja i visoke osjetljivosti, teleskop će moći svake noći obuhvatiti ogromne dijelove južnog neba i zabilježiti milijune svemirskih objekata. (Rubin Observatory/NSF/AURA/J. Pinto / CC BY 4.0)

Kako bi pokazali koliki znanstveni potencijal donosi nova era promatranja svemira teleskopom ove zvjezdarnice, tim znanstvenika i inženjera proveo je desetodnevno testno opažanje dvaju dijelova neba, s rezultatima koji oduzimaju dah. Zamislite da gledate fotografiju noćnog neba, a onda saznate da ta slika ne prikazuje samo nekoliko svijetlih točaka, već milijune galaksija!

Fotografija “svemirska škrinjica blaga” sastavljena je od više od 1100 fotografija. Iako je ova slika rezultat svega 10 dana opažanja, prikazuje nevjerojatnu raznolikost objekata i demonstrira što će sve opažati znanstvenici koristeći teleskop zvjezdarnice Rubin tijekom 10-godišnje misije. (NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory / CC BY 4.0)

Upravo to otkrivaju prve impresivne slike zvjezdarnice Rubin. Spektakularna „Svemirska škrinjica blaga“, koja sadrži više od 10 milijuna galaksija u samo jednom kadru, te očaravajuća slika maglica Lagune i Trifida, gdje oblaci plina i prašine koji su mjesta rađanja novih zvijezda postali su vidljivi u izvanrednoj jasnoći zahvaljujući stotinama ekspozicija spojenih u samo nekoliko sati opažanja. S obzirom da su ove fotografije tek rezultat testnih opažanja, svi s uzbuđenjem očekujemo vidjeti što nas sve čeka u idućih 10 godina opažanja ovim nevjerojatnim strojem za snimanje svemira.

Ova slika maglica Trifid i Lagoon nastala je kombiniranjem čak 678 snimki koje je zvjezdarnica zabilježila tijekom nešto više od sedam sati promatranja. Spajanjem toliko fotografija postignuta je iznimna dubina i jasnoća prikaza, koja otkriva detalje koji bi inače bili preslabo vidljivi ili potpuno nevidljivi golom oku. Na slici su jasno vidljivi oblaci plina i prašine koji čine maglicu Trifid (NGC 6514) i maglicu Laguna (NGC 6523) koje su od Zemlje udaljene nekoliko tisuća svjetlosnih godina. Ovakve detaljne slike omogućuju astrofizičarima da proučavaju procese nastanka zvijezda i dinamiku međuzvjezdanog medija u regijama koje su dosad bile nedovoljno istražene. (NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory / CC BY 4.0)

Sada kada je demonstrirala da može ostvariti izvanredna opažanja, pred zvjezdarnicom Vera C. Rubin i međunarodnom znanstvenom zajednicom je provesti istraživanja koja će omogućiti ostvarenje njezina četiri glavna znanstvena cilja. Ti ciljevi vezani su uz neka od najdubljih pitanja o strukturi, porijeklu i budućnosti svemira: od tamne tvari i tamne energije, preko malih tijela u Sunčevu sustavu, pa sve do udaljenih galaksija i prolaznih, promjenjivih pojava na nebu.

Opažanja su pokazala kako zvijezde na rubovima galaksija rotiraju gotovo jednako brzo kao one bliže središtu. (ESO/L. Calçada / CC0)

Promatrajući gibanja zvijezda u galaksijama, znanstvenici su očekivali da će vanjski dijelovi galaksija rotirati sporije od unutarnjih, u skladu s količinom vidljive mase – poput planeta u Sunčevom sustavu. No, opažanja su pokazala suprotno: zvijezde na rubovima galaksija rotiraju gotovo jednako brzo kao one bliže središtu, što se može objasniti samo ako postoji golema količina nevidljive mase – tamne tvari – koja stvara dodatnu gravitaciju. U simulacijama, galaksije s tamnom tvari rotiraju poput vinilne ploče na gramofonu – svi dijelovi jednako brzo – što se i podudara s opažanjima stvarnih galaksija. Iako ju ne možemo detektirati nijednim poznatim oblikom elektromagnetskog zračenja, tamna tvar djeluje kao okosnica strukture svemira, držeći galaksije na okupu i oblikujući kozmičku mrežu u kojoj se odvija evolucija svemira.

Razumijevanje tamne tvari i tamne energije jedno je od ključnih znanstvenih motiva iza nastanka zvjezdarnice Rubin. Tamna tvar i tamna energija zajedno čine oko 95% ukupnog sastava svemira, ali su i dalje nepoznanice. Ono što znamo jest da ih ne možemo izravno opažati, već o njima učimo posredno, temeljem njihova utjecaja na vidljivu tvar. Zvjezdarnica Rubin će kroz desetogodišnje snimanje milijardi galaksija omogućiti stvaranje trodimenzionalne karte svemira u različitim kozmičkim epohama. Upravo će taj detaljniji vremenski pregled svemira pomoći znanstvenicima u testiranju modela širenja svemira, otkrivanju načina na koji tamna energija ubrzava to širenje i omogućiti 3D mapiranje raspodjele tamne tvari koja je ključna za razumijevanje razvitka galaktičkih skupova i kozmičke mreže tamne tvari.

Očekuje se da će Rubin otkriti milijune novih malih tijela, uključujući i tisuće potencijalno opasnih asteroida u blizini Zemlje

Osim tamne tvari i tamne energije, zvjezdarnica Rubin napravit će dosad najdetaljniji inventar Sunčevog sustava. Očekuje se da će Rubin otkriti milijune novih malih tijela, uključujući i tisuće potencijalno opasnih asteroida u blizini Zemlje. Ovo će biti ključan doprinos planetarnoj obrani, ali i za razumijevanje toga kako se razvio Sunčev sustav. S obzirom da teleskop zvjezdarnice Rubin može opetovano promatrati isti dio neba, bit će moguće precizno praćenje orbita i rotacija tih manjih svemirskih objekata.

Izvan Sunčevog sustava, zvjezdarnica Rubin promatrati će milijarde zvijezda unutar naše galaksije Mliječne staze i njezinog haloa. Cilje je detaljnije otkriti obrasce kretanja zvijezda, njihov prostorni raspored i kemijski sastav. Na temelju tih podataka znanstvenici će moći rekonstruirati povijest razvoja Mliječne staze i bolje razumjeti kako su unutarnji procesi i sudari s drugim galaksijama oblikovali galaksiju kakvu opažamo danas. Ova istraživanja također pridonose razumijevanju toga kako tamna tvar djeluje unutar galaksija.

Kamera LSST će stvoriti i svojevrsni film svemira što će znanstvenicima omogućiti praćenje promjenjivih objekata. Promatranjem cijelog južnog neba svakih nekoliko noći, Rubin će moći zabilježiti eksplozije supernovae, promjene u sjaju varijabilnih zvijezda, tranzite planeta ispred svojih zvijezda, ali i do sada neotkrivene i neobjašnjene fenomene. Time se otvara nova era dinamičke astronomije u kojoj je moguće hvatati svemirske događaje u stvarnom vremenu, često i u prvim sekundama njihove pojave.

Četiri ključna znanstvena cilja zvjezdarnice Rubin: razumijevanje tamne tvari i tamne energije, izradu sveobuhvatnog inventara objekata u Sunčevu sustavu, mapiranje strukture Mliječne staze te praćenje kratkotrajnih i promjenjivih pojava u svemiru. Svaki od ovih ciljeva otkriva drugačiji aspekt svemira. (RubinObs/NOIRLab/SLAC/DOE/NSF/AURA/J. Pinto / CC BY 4.0)

Zvjezdarnica Vera C. Rubin, iako američki projekt, ima globalni značaj jer će njezini podaci biti javno dostupni istraživačima iz cijelog svijeta. Svake noći generirat će velike količine podataka o svemiru, koji će se moći koristiti za proučavanje galaksija, supernova, tamne tvari i drugih fenomena. Znanstvenici se mogu uključiti u međunarodne suradnje povezane s Rubinom i pridonijeti razvoju softvera, analizi i otkrićima. Projekt promiče globalnu znanstvenu suradnju, obrazovanje i uključivanje građana u znanost. Među aktivnim sudionicima su i hrvatski znanstvenici, uključujući Marija Jurića i Nevena Čaplara sa Sveučilišta Washington te istraživače s Instituta Ruđer Boškovič te Sveučilišta u Zagrebu i Rijeci.

Iz perspektive moderne astrofizike, zvjezdarnica Vera C. Rubin predstavlja logičan, ali i revolucionaran korak u razvoju promatranja svemira. Nastavlja se na bogato nasljeđe ključnih astronomskih projekata kao što su Sloan Digital Sky Survey (SDSS) koji je prvi sustavno i digitalno mapirao milijune galaksija i Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) koji je omogućio dinamičko praćenje promjena na noćnom nebu. Dok su teleskopi poput svemirskog teleskopa Hubble i letjelice Gaia stvorili statične slike svemira, zvjezdarnica Rubin će pružiti novi uvid u promjenjivu prirodu svemira.

Zvjezdarnica Vera C. Rubin predstavlja logičan, ali i revolucionaran korak u razvoju promatranja svemira

Zvjezdarnica Vera C. Rubin donosi novo doba astronomije – ono u kojem svemir više ne promatramo samo kao statičnu sliku, već kao živi i promjenjivi krajolik. S obzirom na njezinu sposobnost da snima nebo svakih nekoliko noći, zvjezdarnica Rubin je poput svojevrsnog “kozmičkog dnevnika” koji bilježi sve: od kratkotrajnih svemirskih pojava pa sve do onih najsporijih koje utječu na razvoj galaksija i svemira. U kombinaciji s drugim modernim teleskopima, Rubin pruža novu dimenziju promatranja koja kombinira vrijeme i pokret. Pred nama je desetljeće otkrića, a sve vas pozivam da pratite (i sudjelujete!) u ovoj uzbudljivoj znanstvenoj avanturi.

• Izvori

https://noirlab.edu/public/programs/vera-c-rubin-observatory/simonyi-survey-telescope/

https://rubinobservatory.org/for-scientists/rubin-101/telescopes

https://www.jutarnji.hr/life/znanost/ekskluzivno-jutarnji-medu-prvima-u-svijetu-objavljuje-spektakularne-slike-svemira-zvjezdarnice-vere-rubin-15596856

https://rubinobservatory.org/media/press-releases

https://rubinobservatory.org/news/rubin-first-look/swarm-asteroids

https://www.lsst.org/about/tel-site/optical_design

https://rubinobservatory.org/for-scientists/science-collaborations