На вершині гори на півночі Чилі готується до запуску найбільша у світі цифрова камера.
ЇЇ місія проста, але амбітна – сфотографувати все нічне небо в найдрібніших деталях і розкрити деякі з найглибших таємниць Всесвіту.
Розташована в Обсерваторії Віри К. Рубін – новому телескопі, будівництво якого наближається до завершення на Серро Пачон, горі висотою 2 682 метри (8 800 футів), що знаходиться приблизно в 300 милях (482 кілометрах) на північ від чилійської столиці Сантьяго – камера має роздільну здатність 3 200 мегапікселів, що приблизно відповідає кількості пікселів у 300 мобільних телефонах, і кожне зображення охоплюватиме ділянку неба завбільшки з 40 повних місяців.
Кожні три ночі телескоп буде знімати все видиме небо, створюючи тисячі знімків, які дозволять астрономам побачити все, що рухається або змінює яскравість. Очікується, що таким чином Віра Рубін відкриє близько 17 мільярдів зірок і 20 мільярдів галактик, яких ми ніколи не бачили раніше – і це тільки початок.
«Рубін зробить дуже багато, – каже Клер Хіггс, фахівець з астрономії обсерваторії, що займається просвітницькою діяльністю. «Ми досліджуємо небо так, як не робили цього раніше, що дає нам можливість відповісти на питання, які ми навіть не думали ставити».
Телескоп досліджуватиме нічне небо рівно десять років, роблячи 1000 знімків щоночі. «Через 10 років ми будемо говорити про нові галузі науки, нові класи об’єктів, нові типи відкриттів, про які я навіть не можу вам зараз розповісти, тому що я ще не знаю, що це таке. І я думаю, що це дуже захоплююча річ», – додає Хіггс.
Підготовка до запуску
Телескоп, що будується з 2015 року, названий на честь американського астронома-першовідкривача Віри Рубін, яка померла у 2016 році і, серед інших досягнень, вперше підтвердила існування темної матерії – невловимої субстанції, яка становить більшу частину матерії у Всесвіті, але ніколи не спостерігалася.
Проект був започаткований на початку 2000-х років завдяки приватним пожертвам, у тому числі від мільярдерів Чарльза Сімоні та Білла Гейтса. Пізніше він був спільно профінансований Управлінням науки Міністерства енергетики та Національним науковим фондом США, який також керує ним разом з Національною лабораторією прискорювачів SLAC, дослідницьким центром Стенфордського університету в Каліфорнії.
Хоча “Рубін” є національною обсерваторією США, вона розташована в чилійських Андах, де вона ділить місце з кількома іншими телескопами з низки причин. “Для оптичних телескопів потрібне високе, темне і сухе місце”, – каже Хіггс, маючи на увазі проблеми світлового забруднення і вологості повітря, які знижують чутливість інструментів. “Вам потрібна дуже спокійна і добре зрозуміла атмосфера, а якість нічного неба в Чилі виняткова, саме тому тут так багато телескопів”, – додає вона. “Це віддалене місце, але не настільки віддалене, щоб отримати дані з гори було проблематично – тут є інфраструктура, на яку Rubin може спертися”.
Наразі будівництво телескопа перебуває на завершальній стадії, а його запуск очікується у 2025 році. «Наразі ми працюємо над складанням усіх частин, але всі вони вже там, на вершині гори – це велика віха, якої ми досягли влітку», – каже Хіггс. «Ми очікуємо, що все відбудеться навесні наступного року – все буде зібрано, все вирівняно, всі системи, починаючи з вершини і закінчуючи нашими трубопроводами і даними, виглядатимуть так, як вони повинні, і будуть оптимізовані якнайкраще». Підготовка до цього тривала буквально десятиліттями, але ви ніколи не дізнаєтеся, поки все не увімкнете».
Після кількох місяців тестування, наприкінці 2025 року, обсерваторія здійснить свої перші спостереження, хоча Хіггс попереджає, що в цьому графіку є «плинність».
«10 мільйонів оповіщень за ніч»
Основна місія Рубіна називається LSST – Legacy Survey of Space and Time, тобто «Спадкове дослідження простору і часу». «Це 10-річне дослідження, під час якого ми дивимося на південне небо щоночі, і ми повторюємо це кожні три ночі. Таким чином, ми фактично створюємо фільм південного неба за десятиліття», – каже Хіггс.
Камера може робити знімок кожні 30 секунд, що дозволить генерувати 20 терабайт даних кожні 24 години – стільки ж, скільки середньостатистична людина дивиться Netflix протягом трьох років або слухає Spotify протягом 50 років. Після завершення опитування буде зібрано понад 60 мільйонів гігабайт необроблених даних.
Однак передача кожного зображення з Чилі до Каліфорнії займе лише 60 секунд, де штучний інтелект та алгоритми спочатку проаналізують його, шукаючи будь-які зміни чи рухомі об’єкти та генеруючи сповіщення, якщо щось буде знайдено.
«Ми очікуємо, що за ніч з телескопа буде надходити близько 10 мільйонів повідомлень, – каже Хіггс. «Сповіщення – це все, що змінюється в небі, і охоплює цілий ряд наукових випадків, таких як об’єкти Сонячної системи, астероїди і наднові зірки. Ми передбачаємо мільйони зірок Сонячної системи і мільярди галактик, саме тому машинне навчання є дійсно важливим».
За словами Хіггса, ці дані щороку надаватимуться обраній групі астрономів, а ще через два роки кожен набір даних стане загальнодоступним, щоб над ним могла працювати світова наукова спільнота.
Є чотири основні напрямки досліджень, які, як очікується, будуть охоплені цими даними: створення інвентаризації Сонячної системи, що включає відкриття кількох нових небесних тіл і, можливо, прихованої планети, відомої як Планета Дев’ять; складання карти всієї нашої галактики; вивчення особливої категорії об’єктів, які називаються «перехідними процесами», що змінюють положення або яскравість з часом; і розуміння природи темної матерії.
«Існує, мабуть, 10 різних галузей науки, де я можу сказати, що Рубін досягне великих успіхів, – каже Хіггс. «Я думаю, що за пару місяців ми отримаємо більше наднових I типу, ніж будь-коли спостерігали, наприклад. Щодо міжзоряних об’єктів, то зараз у нас є два кандидати, але Рубін збільшить їхню кількість з двох до, сподіваюсь, кількох.
«Існує так багато областей, де ми збираємось перейти від пари чогось до статистично великої вибірки чогось, і науковий вплив того, що це може зробити, величезний».
«Революції відбуваються»
Астрономічна спільнота дуже схвильована обсерваторією імені Віри Рубін, каже Девід Кайзер, професор фізики та професор історії науки Гермесгаузена в Массачусетському технологічному інституті. За словами Кайзера, телескоп має допомогти прояснити давні питання про темну матерію і темну енергію – дві найвпертіші і найзагадковіші характеристики нашого Всесвіту.
«Обсерваторія Віри Рубін дозволить астрономам скласти карту розподілу темної матерії, як ніколи раніше, на основі того, як темна матерія викривляє шлях звичайного зоряного світла – процес, відомий як «гравітаційне лінзування», – пояснює Кайзер. «Темна матерія, здається, всюдисуща у Всесвіті, але як саме вона згущується або кластеризується з плином часу, поки що важко визначити кількісно для великих ділянок нічного неба», – каже він, додаючи, що, зібравши більше даних про розподіл темної матерії, Обсерваторія імені Віри Рубін може допомогти астрофізикам розпізнати її властивості.
Ще одна давня космічна загадка, яку “Рубін” може розгадати, – це полювання на Планету Дев’ять. Костянтин Батигін, професор планетології Каліфорнійського технологічного інституту, який написав кілька наукових праць на цю тему, каже, що телескоп не тільки “надає реальний шанс безпосередньо виявити Планету Дев’ять, але навіть якщо планета вислизне від прямого спостереження, детальне картування динамічної архітектури зовнішньої Сонячної системи – зокрема, орбітального розподілу малих тіл – запропонує критичні тести гіпотези про Планету Дев’ять”. Коротше кажучи, додає він, обсерваторія “Віра Рубін” зробить революцію в нашому розумінні зовнішньої Сонячної системи і стане “зміною правил гри”.
«Мало знайдеться астрономів, які не захоплені Рубіном», — зазначає Кейт Паттл, викладачка кафедри фізики та астрономії в Університетському коледжі Лондона, адже він допоможе скласти карту космосу на масштабах від найближчих об’єктів — таких як астероїди поблизу Землі в нашій Сонячній системі — до найвіддаленіших, відображаючи розподіл темної матерії у всьому Всесвіті.
«Рубін буде неодноразово повертатися до тих самих ділянок неба, що дозволить зробити значний прорив у дослідженні астрономічних транзієнтів: він ідентифікуватиме змінні зірки, відстежуватиме залишки наднових у процесі їх розпаду, спостерігатиме за високоенергетичними гамма-спалахами та мінливістю квазарів — дуже далеких, надзвичайно активних галактик. Завдяки цьому він надасть безпрецедентну інформацію про те, як еволюціонують наш Всесвіт, а також зірки та галактики в ньому».
За словами Пріямвади Натаржан, професорки астрономії та фізики Єльського університету, Обсерваторія Рубін встановить нові рекорди за багатьма напрямами, і вся астрономічна спільнота з нетерпінням очікує «першого світла». Обстеження надасть дані для величезної кількості наукових проектів, які одночасно зможуть дати відповіді на численні фундаментальні питання — як про близький, так і про далекий Всесвіт, зокрема це буде безцінний «скарб» даних про галактики, скупчення, квазари, наднові, гамма-спалахи та інші транзієнти. «Рубін також покращить наше розуміння Сонячної системи завдяки небаченій раніше інвентаризації навколоземних астероїдів, об’єктів поясу Койпера (зони крижаних об’єктів за орбітою Нептуна) — коротше кажучи, тут знайдеться щось цікаве для кожного», — додає вона.
Вона додає, що найзахопливішим відкриттям було б, якби телескоп зміг розкрити справжню природу темної матерії — відкриття, яке, безумовно, порадувало б Віру Рубін.
«Зрештою, саме її основоположна робота з виявлення темної матерії в спіральних галактиках у 1970-х роках започаткувала цей напрямок досліджень», — каже Натаржан. «Перспективи надзвичайно захоплюючі — попереду, без сумніву, революційні зміни».
