Ovoga je petka u atriju Hrvatskog prirodoslovnog muzeja održano zanimljivo predavanje "Vera Rubin: Novi pogled na svemir", koje je održao hrvatski astronom prof. dr. sc. Željko Ivezić, voditelj te zvjezdarnice i čovjek koji je vodio njezinu izgradnju. Pred 300-tinjak okupljenih posjetitelja, prof. Ivezić je prilično detaljno objasnio tehničku i znanstvenu podlogu, nastanak i rad same zvjezdarnice Vera C. Rubin, s naglaskom na njezinu jedinstvenu sposobnost brzog i širokokutnog snimanja neba.

Specijalizirano postrojenje

U svijetu moderne astronomije nedavno je lansirano nekoliko iznimno uzbudljivih instrumenata, poput svemirskog teleskopa James Webb, koji je sa svojim zrcalom od 6,5 metara izravni nasljednik teleskopa Hubble (čije je zrcalo imalo promjer 2,5 metara). Dok se u Čileu gradi i Europski iznimno veliki teleskop (ELT) s monumentalnim zrcalom od 40 metara, Zvjezdarnica Vera C. Rubin zauzima sasvim specifičnu i jedinstvenu ulogu. Svojom digitalnom kamerom, "najvećim okom koje je čovjek ikad usmjerio ka nebu", kako kaže prof. Ivezić, zvjezdarnica Rubin snimat će cijelo joj vidljivo nebo – nevjerojatno brzo i sustavno.

Cilj projekta LSST (Legacy Survey of Space and Time) jest snimiti isto područje neba tisuću puta tijekom desetogodišnjeg razdoblja rada, odnosno sto puta brže od bilo kojeg drugog postojećeg teleskopa. Na taj način, umjesto statičnih fotografija dalekih objekata, ovaj projekt stvara svojevrsni timelapse film neba. Tako prikupljeni podaci donose revolucionaran skok u osjetljivosti, ali i otkrivaju mnoštvo objekata koji su dosad bili potpuno nevidljivi ljudskom oku i starijim instrumentima.

Znanstveni ciljevi

Znanstvenici se trenutačno nalaze pred jednom od najvećih dilema moderne fizike: jesu li naši kozmološki modeli pogrešni pa moramo modificirati samu teoriju relativnosti, ili u svemiru doista dominira nepoznati oblik energije koji čini većinu njegova sastava? Kako bi se odgovorilo na to pitanje, ključno je precizno mapirati trodimenzionalnu strukturu svemira. Tamna tvar, koja ne emitira svjetlost, ali posjeduje gravitaciju, odgovorna je za privlačenje materije i formiranje kozmičkih struktura u kojima se nakupljaju galaksije.

Snimanjem oblika desetaka milijardi galaksija i analizom efekta gravitacijske leće – pojave u kojoj masivne strukture tamne tvari iskrivljuju putanju svjetlosti koja prolazi pokraj njih – znanstvenici mogu izmjeriti kako se kozmička struktura mijenjala kroz vrijeme. Zvjezdarnica Vera C. Rubin jedini je instrument koji može prikupiti podatke o tako golemom broju galaksija, pružajući presudne podatke za testiranje kozmoloških modela.

Osim proučavanja najudaljenijih dijelova svemira, teleskop će donijeti i pravu revoluciju u razumijevanju našeg neposrednog susjedstva – Sunčeva sustava. Tijekom posljednjih 200 godina astronomskih promatranja, čovječanstvo je otkrilo i katalogiziralo oko milijun asteroida i kometa.

Zahvaljujući svojoj brzini i osjetljivosti, očekuje se da će Zvjezdarnica Vera C. Rubin već u prve dvije godine svog rada otkriti dodatnih tri do četiri milijuna novih objekata u našem sustavu. To će omogućiti dramatičan skok u preciznosti izračunavanja njihovih putanja i njihovo projiciranje stoljećima unaprijed kako bi se na vrijeme prepoznale eventualne prijetnje od udara u Zemlju. Osim njihovog praćenja, zahvaljujući podacima o reflektiranju svjetlosti i varijacijama, iz podataka zvjezdarnice Rubin bit će moguće i mnogo doznati o sastavu asteroida.

Inženjerski podvig

Izgradnja ove napredne zvjezdarnice započela je 2011. godine u sjevernom Čileu na nadmorskoj visini od oko 3.000 metara, u području koje je zbog iznimno stabilne atmosfere i velikog broja vedrih noći već desetljećima dom nekim od najvećih svjetskih teleskopa. Glavno zrcalo teleskopa, promjera 8,4 metra, izrađeno je posebnom tehnologijom rotacijskog lijevanja u kojoj se peć puni staklom i rotira na visokim temperaturama kako bi centrifugalna sila prirodno oblikovala paraboličnu površinu, nakon čega je uslijedio višemjesečni proces polaganog hlađenja radi uklanjanja unutarnjih naprezanja materijala.

Sama kamera zvjezdarnice predstavlja vrhunac moderne tehnologije i službeno je najveća digitalna kamera ikada konstruirana, s rezolucijom od nevjerojatnih 3.200 megapiksela (3,2 gigapiksela). Optički sustav kamere koristi najveću staklenu leću ikada napravljenu, promjera 1,6 metara. Kako bi se maksimalno smanjio šum i osigurala iznimna osjetljivost senzora, cijeli se sustav kriogeno hladi: sami senzori rade na ekstremnih -140°C, dok se prateća elektronika održava na -40°C.

Svaka pojedinačna slika koju ova kamera snimi ima veličinu od oko 6 gigabajta, a kako bi se izbjeglo dugotrajno očitavanje podataka, svaki od senzora podijeljen je na 16 zasebnih kanala, što omogućuje prijenos cijele slike u roku od samo dvije sekunde (za što služi preko 3.000 kabela). Količina detalja na ovim slikama je tolika da bi za njihov potpuni prikaz u izvornoj rezoluciji bilo potrebno televizijskim ekranima prekriti površinu cijelog košarkaškog igrališta.

Prvi rezultati

Tijekom testne faze u prošloj godini snimljene su prve spektakularne slike koje jasno pokazuju moć novog teleskopa. Usporedba s dosadašnjim podacima dokazuje da Rubin opservatorij omogućuje uočavanje finih gravitacijskih interakcija i "mostova" od zvijezda koji povezuju susjedne galaksije, što otvara potpuno novo poglavlje u razumijevanju njihove evolucije.

Kako bi se ovi fascinantni podaci približili svima, razvijena je i inovativna metoda prevođenja vizualnih astronomskih podataka u zvuk, čime se čak i osobama oštećenog vida omogućuje da sluhom dožive i analiziraju strukturu svemira. Podaci s teleskopa objavljuju se javno gotovo u stvarnom vremenu, ubrzo nakon prikupljanja, a moguće ih je pronaći na posebnim web aplikacijama poput SkyViewera.

Doprinos hrvatskih znanstvenika

U realizaciji ovog golemog projekta sudjeluje oko 3000 znanstvenika raspoređenih u 43 tima iz 30 zemalja svijeta, unutar kojih iznimno važnu ulogu igra dugogodišnja suradnja s hrvatskim institucijama, ponajprije sa Sveučilištem u Splitu, Sveučilištem u Rijeci te Institutom Ruđer Bošković. Hrvatski stručnjaci dali su ključne doprinose u razvoju softvera za procesiranje podataka upotrebom grafičkih procesora (GPU), kao i u preciznom inženjerskom dizajnu i testiranju vitalnog rashladnog sustava kamere.

Posebno se ističe suradnja s Institutom Ruđer Bošković na razvoju metodologije i naprednih algoritama koji će omogućiti procjenu udaljenosti za čak 27 milijardi zvijezda, što predstavlja jedan od najopsežnijih statističkih pothvata u povijesti znanosti – taj će najveći svjetski "katalog" svemira biti izrađen upravo na IRB-u.