Observatorium Vera C. Rubin: Kamera digital terbesar di dunia akan mengubah aturan main astronomi

CNN
—

Di puncak gunung di Chili utara, kamera digital terbesar di dunia bersiap untuk dioperasikan.

Misinya sederhana namun ambisius: memotret seluruh langit malam dengan sangat detail dan mengungkap beberapa rahasia terdalam alam semesta.

Terletak di dalam Observatorium Vera C. Rubin — sebuah teleskop baru yang hampir selesai dibangun di Cerro Pachón, sebuah gunung setinggi 2.682 meter (8.800 kaki) sekitar 300 mil (482 kilometer) utara ibu kota Chili, Santiago — kamera ini memiliki resolusi sebesar 3200 megapikseljumlah pikselnya kira-kira sama dengan 300 ponsel, dan setiap gambar akan mencakup area langit hingga 40 bulan purnama.

Setiap tiga malam, teleskop akan memotret seluruh langit yang terlihat, menghasilkan ribuan gambar yang memungkinkan para astronom melihat apa pun yang bergerak atau mengubah kecerahan. Diharapkan dengan cara ini Vera Rubin akan menemukan sekitar 17 miliar bintang dan 20 miliar galaksi yang belum pernah kita lihat sebelumnya, dan ini hanyalah permulaan.

“Ada banyak hal yang akan dilakukan Robin,” kata Claire Higgs, spesialis penjangkauan astronomi di observatorium tersebut. “Kami menjelajahi langit dengan cara yang belum pernah kami lakukan sebelumnya, memberi kami kemampuan untuk menjawab pertanyaan yang bahkan tidak terpikir untuk kami tanyakan.”

Teleskop ini akan memindai langit malam selama sepuluh tahun dan mengambil 1.000 gambar setiap malam. “Dalam 10 tahun, kita akan berbicara tentang bidang sains baru, kelas-kelas baru, jenis penemuan baru yang bahkan saya tidak dapat memberi tahu Anda sekarang, karena saya belum tahu apa itu itu sangat menarik,” Higgs menambahkan.

Sedang dibangun Sejak 2015Nama teleskop ini diambil dari nama astronom perintis Amerika, Vera Rubin, yang meninggal pada tahun 2016 dan, di antara pencapaian lainnya, mengkonfirmasi untuk pertama kalinya keberadaan materi gelap — zat yang sulit dipahami dan menyusun sebagian besar materi di alam semesta, namun belum pernah ada. diamati.

Proyek ini dimulai pada awal tahun 2000an oleh donor swasta, termasuk miliarder Charles Simonyi dan Bill Gates. Penelitian ini kemudian didanai bersama oleh Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi dan Yayasan Sains Nasional AS, yang juga menjalankannya bersama dengan SLAC National Accelerator Laboratory, sebuah pusat penelitian yang dijalankan oleh Universitas Stanford di California.

Meskipun Rubin adalah observatorium nasional AS, namun terletak di Andes Chili, lokasi yang digunakan bersama dengan banyak teleskop lain karena sejumlah alasan. “Untuk teleskop optik, Anda memerlukan lokasi yang tinggi, gelap, dan kering,” kata Higgs, mengacu pada masalah polusi cahaya dan kelembapan udara, yang mengurangi sensitivitas instrumen. “Anda menginginkan suasana yang tenang dan dapat dipahami dengan baik, serta kualitas langit malam di Chili yang luar biasa, itulah sebabnya ada begitu banyak teleskop di sini,” tambahnya. “Daerahnya terpencil, namun juga tidak terlalu terpencil sehingga sulit mendapatkan data dari gunung – ada infrastruktur yang bisa diandalkan oleh Robin.”

Saat ini, teleskop tersebut sedang dalam tahap akhir konstruksi dan diharapkan dapat beroperasi pada tahun 2025. “Saat ini kami sedang berupaya menyatukan semua bagiannya, namun semuanya masih berada di puncak gunung – ini adalah tonggak sejarah besar yang kami capai. selama musim panas.” kata Higgs. “Kami memperkirakan hal-hal akan terjadi pada musim semi tahun depan – menyatukan semuanya, menyelaraskan segalanya, memastikan bahwa semua sistem, dari atas ke bawah hingga saluran pipa dan data, terlihat sebagaimana mestinya dan dioptimalkan sebaik mungkin. Persiapan telah dilakukan selama berpuluh-puluh tahun untuk hal ini, namun Anda tidak akan pernah tahu sampai semuanya siap dan berjalan.

Setelah beberapa bulan pengujian, pada akhir tahun 2025, observatorium tersebut akan melakukan pengamatan pertamanya, meskipun Higgs memperingatkan adanya “fluiditas” pada garis waktu ini.

Misi utama Rubin disebut LSST – Survei Kuno Ruang dan Waktu. “Ini adalah survei 10 tahun di mana kami mengamati langit selatan setiap malam, dan kami mengulanginya setiap tiga malam. Jadi pada dasarnya kami membuat film langit selatan selama satu dekade,” kata Higgs.

Kamera dapat mengambil foto setiap 30 detik, yang akan menghasilkan 20 terabyte data setiap 24 jam, setara dengan rata-rata orang yang menonton Netflix selama tiga tahun, atau mendengarkan Spotify selama 50 tahun. Jika selesai, survei ini akan menghasilkan lebih dari 60 juta gigabyte data mentah.

Namun, hanya perlu waktu 60 detik untuk mentransfer setiap foto dari Chili ke California, karena AI dan algoritme akan menganalisisnya terlebih dahulu, mencari perubahan atau objek bergerak, dan mengeluarkan peringatan jika ada yang ditemukan.

“Kami memperkirakan teleskop akan mengeluarkan sekitar 10 juta bunyi bip setiap malam,” kata Higgs. “Peringatan adalah segala sesuatu yang berubah di langit, dan mencakup berbagai situasi ilmiah, seperti objek di tata surya, asteroid, dan supernova. Kami memperkirakan jutaan bintang di tata surya dan miliaran galaksi akan muncul, itulah sebabnya pembelajaran mesin sangat penting.”

Higgs mengatakan data tersebut akan dirilis ke sekelompok astronom terpilih setiap tahun, dan setelah dua tahun berikutnya, setiap kumpulan data akan tersedia untuk umum, agar komunitas ilmiah global dapat mengerjakannya.

Ada empat bidang utama riset Data tersebut diharapkan dapat mencakup: melakukan inventarisasi tata surya – yang mencakup penemuan beberapa benda langit baru dan kemungkinan sebuah planet tersembunyi yang dikenal sebagai Planet Sembilan; Memetakan seluruh galaksi kita; menjelajahi kelas objek khusus yang disebut “transien”, yang mengubah posisi atau kecerahannya seiring waktu; Dan memahami sifat materi gelap.

“Mungkin ada 10 bidang ilmu berbeda yang dapat saya sampaikan kepada Anda bahwa Robin akan mencapai hasil yang luar biasa,” kata Higgs. “Saya pikir kita akan memiliki lebih banyak supernova Tipe I dalam beberapa bulan daripada yang pernah diamati, misalnya. Objek antarbintang, kita sekarang memiliki dua kandidat, tapi Rubin akan mengubahnya dari dua menjadi lebih dari beberapa yang kita harapkan.”

“Ada banyak area di mana kita akan beralih dari beberapa hal ke sampel yang besar secara statistik, dan dampak ilmiah dari hal ini sangatlah besar.”

Komunitas astronomi sangat antusias dengan Observatorium Vera Rubin, kata David Kaiser, profesor fisika dan profesor sejarah sains di MIT. Menurut Kaiser, teleskop akan membantu memperjelas pertanyaan lama tentang materi gelap dan energi gelap, dua fitur paling keras kepala dan misterius di alam semesta kita.

“Observatorium Vera Rubin akan memungkinkan para astronom memetakan distribusi materi gelap dengan cara yang belum pernah ada sebelumnya, berdasarkan bagaimana materi gelap membelokkan jalur cahaya bintang normal – sebuah proses yang dikenal sebagai 'pelensaan gravitasi',” jelas Kaiser. “Materi gelap tampaknya ada di mana-mana di alam semesta, namun masih sulit untuk menentukan seberapa banyak ia menggumpal atau berkumpul seiring waktu di sebagian besar langit malam,” katanya, seraya menambahkan bahwa dengan mengumpulkan lebih banyak data tentang distribusi materi gelap, Observatorium Vera dapat Rubin membantu ahli astrofisika menemukan sifat-sifatnya.

Misteri kosmik lama lainnya yang bisa dipecahkan Robin adalah pencarian Planet Sembilan. Konstantin Batygin, seorang profesor ilmu planet di California Institute of Technology, yang telah menulis beberapa makalah akademis mengenai subjek ini, mengatakan bahwa teleskop tidak hanya memberikan “peluang nyata untuk mendeteksi Planet Sembilan secara langsung, tetapi bahkan jika planet tersebut tidak dapat diamati secara langsung, pemetaan rinci struktur Dinamika tata surya bagian luar – dan khususnya distribusi orbit benda-benda kecil – akan memberikan ujian penting bagi hipotesis Planet Sembilan. Singkatnya, Observatorium Vera Rubin dirancang untuk merevolusi pemahaman kita tentang tata surya bagian luar dan diharapkan menjadi “pengubah permainan,” tambahnya.

Hanya sedikit astronom yang tidak antusias dengan Robin, kata Kate Battle, dosen di universitas tersebut Departemen Fisika dan Astronomi di University College London, karena akan memetakan ruang angkasa dalam skala ukuran mulai dari yang paling lokal – melacak asteroid dekat Bumi di tata surya kita – hingga yang terbesar, memetakan distribusi materi gelap di seluruh alam semesta.

“Rubin akan kembali ke bagian langit yang sama berulang kali, yang berarti ia akan membuat terobosan baru dalam studi transien astronomi – ia akan mengidentifikasi bintang-bintang variabel, melacak sisa-sisa supernova saat mereka membusuk, dan memantau gamma berenergi sangat tinggi. sinar.” Sinar meledak dan membalik quasar, yang merupakan galaksi yang sangat jauh dan sangat aktif. Dengan melakukan hal ini, penelitian ini akan memberikan wawasan yang belum pernah ada sebelumnya tentang bagaimana alam semesta, bintang-bintang, dan galaksi di dalamnya berevolusi.

Menurut Priyamvada Natarajan, profesor astronomi dan fisika di Universitas Yale, Observatorium Rubin akan memecahkan rekor di banyak bidang, dan seluruh komunitas astronomi sedang menunggu penerbangan perdananya. Survei ini akan menyediakan data untuk proyek-proyek ilmiah yang tak terhitung jumlahnya yang akan menjawab banyak pertanyaan terbuka mendasar sekaligus – dari alam semesta dekat hingga alam semesta jauh, termasuk tidak hanya harta karun berupa galaksi, gugus bintang, quasar, supernova, dan ledakan sinar gamma. Dan objek transit lainnya – “Ini juga akan mempertajam pandangan kita terhadap tata surya dengan persediaan asteroid dekat Bumi yang sampai sekarang belum ada bandingannya, dan objek Sabuk Kuiper (wilayah objek es di luar orbit Neptunus) – singkatnya, ada sesuatu kita bisa mendapatkan keuntungan darinya.” “Semuanya,” katanya.

Dia menambahkan bahwa penemuan paling menarik adalah jika teleskop mengungkap sifat sebenarnya dari materi gelap – sebuah penemuan yang pasti menyenangkan Vera Rubin.

“Pada akhirnya, upayanya yang penting dalam mendeteksi materi gelap di galaksi spiral pada tahun 1970anlah yang mendorong upaya ini ke depan,” kata Natarajan. “Prospeknya menggiurkan – dan revolusi pasti sedang terjadi.”