Évtizedek óta várnak a kutatók arra az egyedülálló távcsőre, aminek hétfőn tették közzé az első felvételeit. A Vera Rubin obszervatórium első képein csillagközi gázfelhők és galaxisok tárulnak fel lenyűgöző részletességgel, és mindez csak a kezdet: a világ legnagyobb felbontású kamerájával felszerelt távcső 10 évig kémleli majd az égboltot Chiléből, és eközben döbbenetes mennyiségű adatot generál majd, aminek feldolgozásában a mesterséges intelligencia fogja segíteni a csillagászokat.

A nemzetközi kollaborációban, ami a CERN-hez, a James Webb űrtávcsőhöz vagy a Nemzetközi Űrállomáshoz hasonlít, számtalan ország kutatói vesznek részt, köztük 25 magyar szakember, mondta a Qubitnek Szabó Róbert, a HUN-REN CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet igazgatója. A 2016-ban elhunyt amerikai csillagászról, Vera Rubinról elnevezett obszervatórium egy több mint 8 méter átmérőjű teleszkóppal gyűjti majd be a naprendszerbeli objektumok, tejútrendszerbeli csillagok, valamint távoli galaxisok fényét, amiket egy 3200 megapixeles, személyautó méretű kamerával örökít meg.

A teleszkóp háromnaponta a teljes, Chiléből látható égboltot körbefotózza, ami lényegében egy gigantikus felbontású, színes videót ad majd a csillagászok kezébe a kozmoszról. Szabó szerint az obszervatórium szinte mindent lát majd, ami változik és mozog – legyen szó akár egy Naprendszerünkben botorkáló, Földre veszélyes kisbolygóról vagy egy távoli galaxisban bekövetkező szupernóva-robbanásról. Az obszervatórium ezáltal sok millió új objektumot fedez majd fel – már első teszt megfigyelései során 2100 új kisbolygót talált –, és rávilágít olyan jelenségek természetére, amiket eddig még csak egyszer-kétszer sikerült elcsípni a világegyetemben.

A jelenleg tesztfázisban lévő távcső, amin a mérnökök még az utolsó simításokat végzik, néhány hónapon belül kezdheti meg az egy évtizeden át tartó LSST (Legacy Survey of Space and Time) égboltfelmérést. Ennek során az obszervatórium évente annyi adatot generál majd, mint az összes többi földi optikai teleszkóp együttvéve. Ezek az adatok nemcsak saját otthonunkról, a Naprendszerről mélyítik majd el az ismereteinket, hanem segítenek megérteni a Tejútrendszer fejlődéstörténetét, valamint az univerzum múltját, jelenét és jövőjét alapvetően befolyásoló sötét anyag és sötét energia jellemzőit is.

A közel 680 millió dolláros költségből létrehozott obszervatórium az amerikai Nemzeti Tudományos Alap (NSF) és az amerikai Energiaügyi Minisztérium (DOE) tudományos osztályának közös projektje, és építése még a 2010-es években kezdődött. A teleszkópon négyezer mérnök és kutató dolgozott az elmúlt években, és a megfigyelési programját egyelőre közvetlenül nem veszélyeztetik a Trump kormányzat súlyos tudományos forráselvonásai. Az égboltfelmérés végére az obszervatórium hihetetlen mértékű, 100 petabájt körüli adatmennyiséget gyűjthet össze, aminek tárolásához 800 000 darab 128GB-os tárhelyű okostelefonra lenne szükség.

A helyszín ideális, de Elon Musk műholdjai így is bezavarnak

Mindössze néhány olyan hely van a Földön, ami kivételesen alkalmas csillagászati megfigyelésekre – ilyen a chilei Atacama-sivatag és környéke is, ahol a több mint 2600 méter magas Cerro Pachón hegy is található. 2006-ban a szakemberek ezt, az akkor már évek óta a Gemini South Obszervatóriumnak helyt adó hegyet választották ki az új távcsőnek. Itt Szabó szerint egy évben több mint 300 teljesen derült éjszakával lehet számolni, két-háromszor annyival, mint Magyarországon.

Az sem árt, hogy a környéken nyugodt a légkör, valamint alacsony a vízpáratartalom, ami különösen az infravörös tartományú megfigyeléseknél fontos szempont. De ha csak a tiszta ég, a nyugodtság és a páratartalom számítana, az Antarktiszon kellene távcsöveket építeni. Csakhogy Chilében rendelkezésre áll a teleszkópok üzemeltetéséhez szükséges fejlett infrastruktúra és a know-how is, amit más amerikai teleszkópok vagy az Európai Déli Obszervatórium (ESO) távcsövei már évek óta kihasználnak.

Az obszervatórium lelkét a 8,4 méter átmérőjű főtükörrel rendelkező, egészen halvány objektumok megpillantására is képes Simony felmérőteleszkóp, valamint az LSST kamera adja. Ennek egyetlen felvételét teljes felbontásban 400 darab 4K tévén lehetne csak megjeleníteni. A 3200 megapixeles kamera 189, egyenként 16 megapixeles szenzorból épül fel, amik együtt egy hatalmas, a telihold méretének 45-szeresét kitevő területet képesek megörökíteni.

Az éjszakánként hozzávetőleg 20 terabájtnyi adatot generáló obszervatórium így egyszerre viszonylag nagy égterületekről készít majd felvételeket, miközben gyorsan újabbakra áll rá, és három nap alatt a teljes, a Föld déli féltekéről látható égboltot körbefotózza. Eközben az olyan meglévő obszervatóriumok, mint az ESO Nagyon Nagy Távcsöve (Very Large Telescope, VLT), egyszerre az égbolt egy parányi szeletét képesek csak megfigyelni, igaz, arról a légköri interferenciát kiküszöbölő adaptív optikáikkal rendkívül precíz méréseket készítenek – bár Szabó szerint lesznek az égboltnak olyan, „mélyfúrási” területei, amiket az új távcső is nagyobb részletességgel derít majd fel.

De mekkora problémát jelentenek a Rubin obszervatóriumnak Elon Musk Föld körüli pályán keringő, űrinternetet sugárzó Starlink műholdjai, amikből már 7600 kering bolygónk körül? Nagyot, mondja Szabó, de a probléma még talán tolerálható mértékű. „Nem nagyon lehet majd úgy expozíciót készíteni, hogy annak valamelyik sarkában ne legyenek műholdcsíkok” – mondja a szakember, aki szerint így a távcső által készített felvételeken néhány százaléknyi terület nem lesz használható. Ez csökkenti ugyan a teleszkóp hatékonyságát, de nem olyan mértékben, hogy az veszélyeztesse az égboltfelmérést.

A Vera Rubin esetén a műhold-konstellációk azért okoznak különösen nagy problémát, mert a távcsőnek nagy a látómezeje, tehát egyszerre nagy területet örökít meg. Miután évekkel ezelőtt Musk, a SpaceX vezérigazgatója azt tanácsolta a csillagászoknak, hogy építsenek űrtávcsöveket földi távcsövek helyett, az űrvállalat elkezdte komolyan venni a problémát, és együttműködést alakított ki a csillagászokkal. Ennek köszönhetően új bevonatokkal csökkentették a műholdakról visszaverődő fény mennyiségét, és kialakult egy koordinációs folyamat is. Ezáltal a távcső vezérlőrendszere tudja majd, hogy mikor és hol várható a műholdak felbukkanása, ami segít majd annak eldöntésében, hogy mely égterületet fotózza le.

Egy éjszaka alatt akár 10 millió riasztást szórhat a csillagászokra

Az első hónapokat a szakemberek arra fordítják majd, mondja Szabó, hogy referenciafelvételeket készítsenek az égboltról, amikkel a következő évek méréseit össze lehet hasonlítani. Ezen az elven talál majd a távcső újonnan feltűnő, felfényesedő jelenségeket, valamint az egyes, adott területről készült felvételek között elmozduló, ismeretlen naprendszerbeli égitesteket. Ezeket az obszervatórium számítógépes rendszere 60 másodperc alatt észleli majd, és riasztásokat küld ki a csillagászoknak. Az ilyen riasztások száma Szabó szerint kezdetben éjszakánként akár a 10 milliót is elérheti, és „nagyon sok kérdést felvet, hogy ezt hogyan fogjuk analizálni, hogyan fogjuk ebből kiszűrni a legfontosabb objektumokat”.

A megoldást Szabó egyedül a mesterséges intelligenciában (AI) látja, ami segíthet eldönteni, hogy mely riasztások az igazán érdekesek. Ez azért fontos, mivel ha a kutatók többet szeretnének megtudni bármelyik objektumról, ahhoz más földi távcsövekkel vagy űrteleszkópokkal kell őket megvizsgálni, amik száma és rendelkezésre állása is korlátozott. A riasztások között előfordulnak majd az univerzum szempontjából hétköznapi jelenségek, például kisbolygók, fényességüket periodikusan változtató csillagok, de olyan kataklizmák is, mint a csillagok megsemmisülésével járó szupernóva-robbanások. Lesznek azért olyan dolgok, amiket nem tartalmaznak majd a riasztások: ilyenek az amerikai kémműholdak és a titkos űreszközök. Ezeket ugyanis az Atlantic egy tavalyi cikke szerint az amerikai nemzetbiztonsági szolgálatokkal kötött megállapodás értelmében a teleszkóp szoftvere automatikusan kiszűri majd.

A Rubin obszervatórium a következő években több millió eddig ismeretlen naprendszerbeli objektumra bukkanhat rá, köztük földközeli égitestekre (Near Earth Objects, NEOs), a fő kisbolygóövben keringő kisbolygókra, a Jupiter pályáján keringő trójai kisbolygókra, a Neptunuszon túl található égitestekre, valamint üstökösökre. A Földet megközelítő égitestek észlelésében nem lesz kimagaslóan jó, mondja Szabó, de azért így is felfedezhet majd belőlük több tízezret. A többi megtalálása az amerikai űrügynökség (NASA) Neo Survey űrtávcsövére marad, amit 2027-ben lőhetnek majd fel. A távcső viszont kiválóan alkalmas lesz a csillagközi térből Naprendszerünkbe érkező látogatók, mint az ‘Oumuamua, vagy a 2I/Borisov felfedezésére, amikből 10 év alatt akár két tucatot is találhat. Ebben bízik az európai űrügynökség is: az ESA 2029-ben Comet Interceptor néven egy egyelőre konkrét célpont nélküli szondát indít útnak, ami ideális esetben akár egy csillagközi térből érkező objektumot is meg tudna közelíteni.

Az égitestek elmozdulása mellett a távcső felfigyel majd a fényességüket változtató objektumokra is. A szisztematikus égboltfelmérésnek hála Szabó szerint a kutatók a mainál jóval pontosabb képet kapnak majd arról, hogy olyan kozmikus jelenségek, mint a nóvák (kettős csillagrendszerben keringő fehér törpék felfényesedései), a szupernóvák (csillagok felrobbanása), vagy még egzotikusabb jelenségek ténylegesen milyen gyakorisággal fordulnak elő a galaxisokban. Azáltal pedig, hogy az eddig ismert szupernóvák többszörösét fedezi majd fel megfigyelési programja során, a távcső a kozmológiai becsléseinket is pontosítja majd – a szupernóvák ugyanis, mint tavalyi cikkünkben elmagyaráztuk, kozmikus távolságmérőként szolgálnak.

De talál majd szupernóváknál is ritkább eseményeket, például neutroncsillagok összeolvadásából vagy egy neutroncsillag és fekete lyuk haláltáncából keletkező kilonóvákat, amiket a többcsatornás csillagászat egyik nagy diadalaként 2017-ben sikerült elektromágneses spektrumban mérő távcsövekkel és gravitációshullám-detektorokkal egyszerre megpillantani. Ebből a megfigyelésből kiderült, hogy a kilonóvák fontos szerepet játszanak egyes elemek, köztük az arany és platina létrejöttében. És felfigyelhet a galaxisok középpontjában található, több millió vagy milliárd naptömegű szupernehéz fekete lyukak körüli, árapály katasztrófáknak nevezett felvillanásokra is, amik a fekete lyuk által szétszakított csillagok halálsikolyának felelnek meg.

De mi a helyzet közelebbi kozmikus környezetünkkel, saját galaxisunkkal? A távcső itt is áttöréseket hozhat a fényességüket ritmikus összehúzódásuk és kitágulásuk révén változtató változócsillagok megfigyelésével. A Tejútrendszerünkben elhelyezkedő cefeidák és az RR Lyrae változócsillagok a szupernóvákhoz hasonlóan szintén alkalmasak kozmikus távolságmérésre. Ennek, valamint a csillagok elmozdulásának (sajátmozgás) mérése révén a távcső lehetővé teszi majd a csillagászoknak, hogy rekonstruálják a Tejútrendszer és csillagpopulációinak történetét.

A távcső lenyűgöző érzékenysége révén precízebben feltárja majd galaxisunkat körülvevő, csillagokat ritkásabban tartalmazó halo szerkezetét. Ezzel hozzájárul annak megértéséhez, hogy a Tejútrendszer milyen kisebb galaxisokat nyelt el az elmúlt néhány milliárd évben. Szabó szerint az új obszervatórium a nemrég nyugdíjba vonult Gaia űrtávcső méréseit is folytatja majd, aminek munkájában Szabados László, Marton Gábor és Nagy Zsófia magyar csillagászok is fontos szerepet játszottak.

Sötétanyag-teleszkópnak indult

Az obszervatóriumot eredetileg sötétanyag-teleszkópnak szánták – és égboltfelmérése jelentős részben továbbra is ezt a célt szolgálja. Kepler harmadik törvényének értelmében a bolygórendszerekben a bolygók keringési sebessége a csillagtól mért távolságukkal csökken. Rubin az 1970-es években felfedezte, hogy a galaxisok csillagainak a galaxis középpontja körül keringési sebessége nem csökken a galaxisok külső területei felé haladva, hanem nagyjából azonos marad. Ez csak úgy lehetséges, ha a galaxisokban valamiféle gravitációs hatást kifejtő, de nem látható anyag található – ez a sötét anyag, ami feltehetőleg szubatomi részecskékből áll.

„Tudjuk, hogy ott van, meg tudjuk mérni a hatását” – mondja Szabó, és ha nem illesztjük bele a sötét anyagot az univerzumot leíró modellekbe, akkor egyszerűen nem kapjuk vissza a megfigyelt kozmoszt. A távcső a sötét anyag mennyiségét és eloszlását térképezi majd fel a világegyetemben a gravitációs lencsehatás néven ismert jelenség kiaknázásával, aminek során távoli galaxisoktól hozzánk eljutó fényt a közbülső galaxishalmazokat alkotó anyag és sötét anyag meghajlítja, ami eltorzítja a távoli objektumok alakját. Hasonló elven folytat égboltfelmérést a 2023-ban fellőtt európai Euclid űrtávcső is, kissé más stratégiával, így a mérések, amiket hosszas előkészítés előz meg, Szabó szerint jól kiegészítik majd egymást.

Öt magyar kutatócsoport vesz majd részt a távcső munkájában

Míg amerikai és chilei kutatók szabadon és azonnal hozzáférhetnek a Rubin obszervatórium adataihoz, 2019 előtt még úgy volt, hogy más országok kutatóintézeteinek, köztük magyar szakembereknek fizetniük kell értük. Magyarországról a Frei Zsolt által vezetett HUN-REN-ELTE Extragalaktikus Asztrofizika Kutatócsoport csatlakozott először a tudományos kollaborációhoz, majd a Szabó által vezetett Csillagászati Intézet. Utóbbi alapját a csillagász 2018-2023 közötti Lendület-pályázata adta, ami pulzáló változócsillagok megfigyelésével kívánta a Tejútrendszert feltérképezni.

Aztán változott a helyzet, és a kollaborációban történő részvételhez egy úgynevezett „in-kind” hozzájárulást kellett felmutatni, vagyis olyan tudással, szoftverrel vagy adatbázissal kellett pályázni a konzorciumnál, ami amerikai kutatóknak nem volt meg. Szabó a feltételek változását nem nehézségként, hanem lehetőségként élte meg. A csillagász a magyar in-kind hozzájárulás koordinátoraként az ELTE TTK-n, valamint a szombathelyi ELTE Gothard Obszervatóriumban dolgozó kollégáival olyan csomagot állított össze, ami lehetővé tette, hogy a teleszkóppal végzett munkába nem egy-két, hanem összesen öt magyar kutatócsoportot és 25 szakembert vonjanak be.

A magyar csillagászok a Tejútrendszer pulzáló változócsillagokkal történő feltérképezése mellett – amit egy, a változócsillagokat csoportosító AI-algoritmus segít majd – naprendszerbeli égitestek észlelésével, szupernóvákkal, valamint kozmológiai kutatásokkal is foglalkoznak majd. A távcső által gyűjtött adatokat és az elemzésükhöz szükséges szoftvereket a kutatók online, a Rubin Science platformon keresztül érik majd el – ennek a hozzáférésnek a hiányában két évet kellene várniuk arra, hogy a mérések publikussá váljanak. „Ezek azok a hozzáadott értékek, amiért érdemes benne lenni a kollaborációban” – mondja Szabó.

Több ezer kutató, köztük 25 magyar szakember munkájának köszönhetően a Rubin obszervatórium hamarosan átformálja a csillagászatot – és talán időről-időre felfedezéseivel meglepetéseket is okoz majd, ami újabb, még ambiciózusabb távcsövek megépítésére inspirálhatja a mérnökök és csillagászok egy következő generációját.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: