Osservatorio Vera C. Rubin: La più grande fotocamera digitale del mondo cambierà le regole del gioco in astronomia

CNN
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Sulla cima di una montagna nel nord del Cile, la più grande fotocamera digitale del mondo si prepara a funzionare.

La sua missione è semplice ma ambiziosa: fotografare l’intero cielo notturno nei minimi dettagli e rivelare alcuni dei segreti più profondi dell’universo.

Situata all’interno dell’Osservatorio Vera C. Rubin – un nuovo telescopio in fase di completamento sul Cerro Pachón, una montagna di 2.682 metri (8.800 piedi) a circa 300 miglia (482 chilometri) a nord della capitale cilena Santiago – la fotocamera ha una risoluzione di 3200 megapixelall’incirca lo stesso numero di pixel di 300 telefoni cellulari, e ogni immagine coprirà un’area di cielo fino a 40 lune piene.

Ogni tre notti, il telescopio riprenderà l’intero cielo visibile, producendo migliaia di immagini che consentiranno agli astronomi di vedere tutto ciò che si muove o cambia luminosità. Si prevede che in questo modo Vera Rubin scoprirà circa 17 miliardi di stelle e 20 miliardi di galassie che non abbiamo mai visto prima, e questo è solo l’inizio.

“Robin potrà fare molto”, afferma Claire Higgs, specialista in astronomia dell’osservatorio. “Stiamo esplorando il cielo in un modo mai fatto prima, dandoci la possibilità di rispondere a domande che non pensavamo nemmeno di porre.”

Il telescopio esplorerà il cielo notturno per dieci anni esatti, scattando 1.000 immagini ogni notte. “Tra 10 anni parleremo di nuove aree della scienza, di nuove classi di cose, di nuovi tipi di scoperte di cui non posso nemmeno parlarvi adesso, perché non so ancora cosa siano E penso è davvero emozionante”, aggiunge Higgs.

In costruzione Dal 2015Il telescopio prende il nome dalla pionieristica astronoma americana Vera Rubin, che morì nel 2016 e, tra gli altri risultati, confermò per la prima volta l’esistenza della materia oscura, la sostanza sfuggente che costituisce la maggior parte della materia nell’universo, ma che non è mai stata scoperta. osservato.

Il progetto è stato avviato all’inizio degli anni 2000 da donatori privati, tra cui i miliardari Charles Simonyi e Bill Gates. Successivamente è stato finanziato congiuntamente dall’Office of Science del Dipartimento dell’Energia e dalla National Science Foundation degli Stati Uniti, che lo gestisce insieme allo SLAC National Accelerator Laboratory, un centro di ricerca gestito dalla Stanford University in California.

Sebbene Rubin sia un osservatorio nazionale statunitense, si trova sulle Ande cilene, una posizione che condivide con molti altri telescopi per una serie di motivi. “Per i telescopi ottici è necessaria una posizione elevata, buia e asciutta”, afferma Higgs, riferendosi ai problemi dell’inquinamento luminoso e dell’umidità dell’aria, che riducono la sensibilità degli strumenti. “Vuoi un’atmosfera calma e ben compresa, e la qualità del cielo notturno in Cile è eccezionale, motivo per cui qui ci sono così tanti telescopi”, aggiunge. “È un’area remota, ma non è nemmeno così remota che ottenere dati dalla montagna sia un problema: c’è un’infrastruttura su cui Robin può fare affidamento.”

Attualmente, il telescopio è nelle fasi finali della costruzione e dovrebbe essere operativo nel 2025. “Attualmente stiamo lavorando per mettere insieme tutti i pezzi, ma è tutto in cima alla montagna: questo è un traguardo importante che abbiamo raggiunto”. durante l’estate.” dice Higgs. “Ci aspettiamo che le cose accadano nella primavera del prossimo anno: riunendo tutto, allineando tutto, assicurandoci che tutti i sistemi, dall’alto verso il basso fino alle condutture e ai dati, appaiano come dovrebbero e siano ottimizzati al meglio delle nostre possibilità. Ci sono stati decenni di lavoro preparatorio per questo, ma non lo saprai mai finché non avrai tutto installato e funzionante.

Dopo alcuni mesi di test, alla fine del 2025, l’osservatorio farà le sue prime osservazioni, anche se Higgs avverte che c’è “fluidità” in questa linea temporale.

La missione principale di Rubin si chiama LSST – Ancient Survey of Space and Time. “Si tratta di un’indagine di 10 anni in cui osserviamo il cielo australe ogni notte, e lo ripetiamo ogni tre notti. Quindi, in pratica, abbiamo creato un filmato del cielo australe per un decennio”, afferma Higgs.

La fotocamera potrebbe scattare una foto ogni 30 secondi, generando 20 terabyte di dati ogni 24 ore, l’equivalente di una persona media che guarda Netflix per tre anni o ascolta Spotify per 50 anni. Una volta completata, l’indagine avrà prodotto più di 60 milioni di gigabyte di dati grezzi.

Tuttavia, ci vorranno solo 60 secondi per trasferire ogni foto dal Cile alla California, poiché l’intelligenza artificiale e gli algoritmi la analizzeranno prima, cercheranno eventuali modifiche o oggetti in movimento e emetteranno un avviso se viene trovato qualcosa.

“Ci aspettiamo che il telescopio emetta circa 10 milioni di segnali acustici ogni notte”, afferma Higgs. “Gli allarmi riguardano tutto ciò che cambia nel cielo e coprono tutta una serie di situazioni scientifiche, come oggetti nel sistema solare, asteroidi e supernove. Ci aspettiamo che appaiano milioni di stelle del sistema solare e miliardi di galassie, ecco perché l’apprendimento automatico è davvero essenziale.”

Higgs afferma che i dati verranno rilasciati a un gruppo selezionato di astronomi ogni anno e, dopo altri due anni, ciascun set di dati sarà reso disponibile al pubblico, su cui potrà lavorare la comunità scientifica globale.

Ci sono quattro aree principali ricerca Si spera che i dati riguardino: la creazione di un inventario del sistema solare – che includa la scoperta di diversi nuovi corpi celesti e possibilmente di un pianeta nascosto noto come Pianeta Nove; Mappare la nostra intera galassia; esplorare una classe speciale di oggetti chiamati “transitori”, che cambiano la loro posizione o luminosità nel tempo; E comprendere la natura della materia oscura.

“Ci sono probabilmente 10 diverse aree della scienza in cui posso dirti che Robin otterrà grandi risultati”, afferma Higgs. “Penso che tra un paio di mesi avremo più supernove di tipo I di quante siano mai state osservate, ad esempio oggetti interstellari, ora abbiamo due candidati, ma Rubin porterà da due a più di pochi, speriamo.”

“Ci sono molte aree in cui passeremo da poche cose a un campione statisticamente ampio di qualcosa, e l’impatto scientifico di ciò che può fare è enorme”.

La comunità astronomica è molto entusiasta dell’Osservatorio Vera Rubin, afferma David Kaiser, professore di fisica e professore di storia della scienza al MIT. Secondo Kaiser, il telescopio dovrebbe aiutare a chiarire questioni di vecchia data sulla materia oscura e sull’energia oscura, due delle caratteristiche più ostinate e misteriose del nostro universo.

“L’Osservatorio Vera Rubin consentirà agli astronomi di mappare la distribuzione della materia oscura come mai prima d’ora, in base a come la materia oscura piega il percorso della normale luce stellare – un processo noto come “lente gravitazionale””, spiega Kaiser. “La materia oscura sembra essere onnipresente in tutto l’universo, ma rimane difficile determinare quanto si aggrega o si aggrega nel tempo per ampie zone del cielo notturno”, dice, aggiungendo che raccogliendo più dati sulla distribuzione della materia oscura, l’Osservatorio Vera can Rubin aiuta gli astrofisici a scoprirne le proprietà.

Un altro mistero cosmico di lunga data che Robin può risolvere è la ricerca del Pianeta Nove. Konstantin Batygin, professore di scienze planetarie al California Institute of Technology, che ha scritto diversi articoli accademici sull’argomento, afferma che il telescopio non solo fornisce “una reale opportunità per rilevare direttamente il Pianeta Nove, ma anche se il pianeta sfugge all’osservazione diretta, mappatura dettagliata della struttura La dinamica del sistema solare esterno – e in particolare la distribuzione orbitale di piccoli oggetti – fornirà test cruciali per l’ipotesi del Pianeta Nove. In breve, l’Osservatorio Vera Rubin è destinato a rivoluzionare la nostra comprensione del sistema solare esterno e si prevede che rappresenterà un “punto di svolta”, aggiunge.

Sono pochi gli astronomi che non sono entusiasti di Robin, afferma Kate Battle, docente all’università Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’University College di Londra, perché mapperà lo spazio su scale di dimensioni che vanno da quella più locale – che segue gli asteroidi vicini alla Terra nel nostro sistema solare – alla più grande, che mappa la distribuzione della materia oscura nell’universo.

“Rubin tornerà nelle stesse parti del cielo ancora e ancora, il che significa che aprirà nuovi orizzonti nello studio dei transitori astronomici: identificherà le stelle variabili, seguirà i resti di supernova mentre decadono e monitorerà i raggi gamma ad energia estremamente elevata”. raggi”. Lampi e lampi di raggi di quasar, che sono galassie molto distanti e molto attive. In tal modo, fornirà informazioni senza precedenti su come si sono evoluti l’universo, le stelle e le galassie al suo interno.

Secondo Priyamvada Natarajan, professore di astronomia e fisica all’Università di Yale, l’Osservatorio Rubin batterà record su molti fronti e l’intera comunità astronomica è in attesa del volo inaugurale. L’indagine fornirà dati per innumerevoli progetti scientifici che affronteranno molte domande fondamentali aperte contemporaneamente – dall’universo vicino a quello lontano, incluso non solo un tesoro di galassie, ammassi stellari, quasar, supernove e lampi di raggi gamma. E altri oggetti in transito – “Affinerà anche la nostra visione del sistema solare con una riserva finora senza precedenti di asteroidi vicini alla Terra e oggetti della Cintura di Kuiper (una regione di oggetti ghiacciati al di fuori dell’orbita di Nettuno) – in breve, c’è qualcosa possiamo trarre beneficio.” “Da lui.” “Tutti”, dice.

Aggiunge che la scoperta più emozionante sarà se il telescopio rivelerà la vera natura della materia oscura – una scoperta che sicuramente piacerà a Vera Rubin.

“In definitiva, è stato il suo lavoro fondamentale sulla rilevazione della materia oscura nelle galassie a spirale negli anni ’70 a portare avanti questo sforzo”, afferma Natarajan. “Le prospettive sono allettanti – e le rivoluzioni sono certamente in corso”.