Svemirski mrak u najvećem sjaju: šta nam donose teleskopi budućnosti ?

piše: Darko Donevski (Francuska svemirska agencija, LAM, Marsej)

Drage radio galaktičarke i radio galaktičari, sada je i definitivno jasno:

Ljubitelje nauke i svemirskih teleskopa čeka uzbudljiva (vrlo) bliska budućnost, ona koja počinje 2021. godine. To je godina za koju je (nadam se i definitivno) potvrđeno lansiranje dva najznačajnija svemirska teleskopa nove generacije: prvi se zove Džejms Veb svemirski teleskop (James Webb Space Telescope), a drugi Euklid (Euclid). Romantičarski gledano, izgled ova dva teleskopa može da probudi različite asocijacije – dok Euklid ima dizajn letećeg gitarskog kabla ili auspuha nekakve stare vremenske mašine, dotle Džejms Veb i doslovno izgleda poput mornara koji na barci plovi svemirskim vakuumom. Pre tri dana u centru Evropske svemirske agencije (ESA) u Holandiji završena je velika svetska astronomska konferencija pod nazivom EJSynergy, koja se bavila projektima vezanim za ove dve opservatorije od kojih naučni svet ima velika očekivanja. Imao sam priliku da budem jedan od predavača na toj konferenciji, i da čujem mišljenja raznih eskperata koji su jednoglasno zaključili šta je najvažnije da bi veliki projekti uspeli u budućnosti – ključna reč koju su pomenuli je sinergija. Naime, osim što brojne države angažovanom naučno-tehnološkom politikom izdvajaju značajne budžete za svemirska istraživanja, veoma je važno da se precizno odrede naučni ciljevi, način obrade podataka, sinhronizacija istraživanja i pravilno korišćenje resursa. Dakle, uređaji, nauka i ljudi moraju da se ujedine u tom zajedničkom cilju.

Ogledalo prečnika 6.5m budućeg svemirskog teleskopa James Webb sada čeka da bude i zvanično ukrcano na čuvenu raketu Arijana, koja će ovo tehnološko čudo poneti u svemir. Do tada, James Webb mora da prođe nekoliko dodatnih proba.

Džejms Veb svemirski teleskop je zajednički projekat NASA i ESA, s tim da je američki partner lider ovog projekta. S druge strane, i Euklid teleskop je saradnja ESA i NASA, ali ovde glavnu kontrolu ima evropski deo ekipe. Oba instrumenta su primer kako danas funkcioniše visokotehnološko tržište i vrhunska nauka. Oni zajedno koštaju preko 10 milijardi eura, i bez udruživanja najvećih i najbogatijih članova, nemoguće je postići cilj u zacrtanom roku i kvalitetu.

Verujem da će se svaki čitalac ovog bloga zapitati kakva sve to nauka može da se istražuje pomoću ova dva giganta. U ovom uvodnom tekstu za blog RADIO GALAKSIJE, prvom u serijalu o astronomiji budućnosti, pokušaću da dam odgovore na neka osnovna pitanja vezana za značaj ova dva svemirska teleskopa. Krenimo !

Kakva je razlika između Euklida i Džejms Veba, i zašto nam trebaju dva teleskopa, umesto jednog?

Posmatrano sa stanovišta instrumentacije, i konstrukcija i osnovni naučni cilj Džejms Veb teleskopa i Euklida su vrlo različiti, ali komplementarni, pažljivo napravljeni da podržavaju otkrića ovog drugog.

Kao što možete da zaključite na osnovu njegovog imena, Euklid je teleskop koji će mapirati geometriju svemira pomoću ogledala veličine 1.2 metra u prečniku. Spektar talasnih dužina koji će biti snimljen Euklidom kreće se u rasponu od 500 do 2000 nanometara, što u prevodu znači da će snimati vidljivi-bliski infracrveni deo spektra. S obzirom da mu je glavni zadatak pravljenje 3D mapa strukture u našem kosmosu, on će imati izuzetno veliko vidno polje od čak pola kvadratna stepena. To je otprilike kao krug čiji je prečnik veći od dva puna Meseca. Primera radi, Eukllid će za 6 godina moći da snimi preko 15000 kvadratnih stepeni, što je skoro 40% celog neba, nešto za šta bi Habl teleskopu bilo potrebno bezmalo 1000 godina ! Razlog zbog čega Euklid ima veliko vidno polje jeste njegov osnovni naučni cilj – analiza arhitekture velikih struktura u ranom Svemiru. Neke od tih struktura su, na primer, galaktička jata koja se protežu i do nekoliko desetina megaparseka. Snimanjem tih velikih struktura duž različitih vremenskih epoha mi ćemo pratiti njihovu evoluciju i proučavati uticaj tamne energije.

Euklid posmatra kako su se male fluktuacije u ranom svemiru (mapa skroz desno), vremenom trasnformisale u galaksije , protojata i jata galaksija (tzv. strukturu na velikim skalama, eng. Large Scale Structure).

Za razliku od Euklida, Džejms Veb svemirski teleskop ne može da jednim “potezom” svoje kamere obuhvati tako veliko vidno polje. Međutim, njegova tehnološka prednost je heksagonalno ogledalo od 6.5m, najveće koje će ikad biti poslato u svemir (za sad rekord drži infracrveni teleskop Heršel sa ogledalom od 2.5m). Tako velik teleskop će imati rezoluciju koju nije postigao nijedan prethodni instrument. To znači da ćemo imati mnogo jasniji uvid u daleke objekte koji su čak i Hablom bili ili nevidljivi ili jedva uočljivi. Kao ilustraciju superiornosti koju Džejms Veb donosi, na slici ispod možete videti kako izgleda jedno malo vangalaktičko polje snimljeno Hablom, i isto to (simulirano) polje kakvim će ga videti Džejms Veb ! Zbog toga, mnoge galaksije koje Euklid bude detektovao svojom relativno lošom rezolucijom (ovo “loše” shvatite samo uslovno), poslužiće kao male posmatračke “mete” za Džejms Veb. Naime, Euklid će služiti da brzom pretragom detektuje razne smakove sena po jednoj velikoj poljani zvanoj univerzum, dok će Džejms Veb imati zaduženje da odgonetne osobine svih detalja tog sena, pa čak i da pronađe poneku iglu sakrivenu u njemu. Astronomskim jezikom rečeno, spektri i dobra fotometrija su neophodni kako bismo dobili informacije o daljini i izgledu tih dalekih objekata. Na konferenciji u ESA, moje kolege su prezentovali neke od izuzetnih ideja prema kojima će Džejms Veb detektovati širok spektar objekata, počevši od atmosfera vansolarnih planeta pa do najdalje svetlosti emitovane nakon Velikog praska, tj. najudaljenijih galaksija.

Razlika u rezoluciji snimka napravljenog Hubble svemirskim teleskopom (gornji red), i simulacije istog regiona snimljenog u rezoluciji budućeg James Webb teleskopa (donji red).

Zašto treba da razumemo gde i kako se galaksije rađaju i evoluiraju ?

Galaksije su sačinjene od vidljive materije (zvezda, gasa, prašine), ali i nevidljive materije (tamna materija), tako da nam otkrivaju kako je raspoređena materija na velikim skalama u svemiru. Galaksije evoluiraju, baš kao i bića na našoj planeti, i ako pratimo njihov razvoj tokom kosmičkih epoha, moći ćemo da odgovorimo na pitanje kako se raspored te materije menjao tokom istorije svemira do danas. To nam daje puno informacija o samom početku razvoja svemira, ali i o počecima života u njemu, s obzirom da su naši gradivni elementi ništa drugo nego ostaci eksplozija nekih davnih zvezda.

Kako znamo da ćemo otkriti još više dalekih galaksija nego što danas znamo ?

Sva svetlost emitovana od zvezda u galaksijama je manje od 1% onoga od čega je ceo svemir sagrađen. Možda vam je poznato, ali najveći deo univerzuma ćine nevidljive stvari: tamna materija i energija (Dark Energy, Dark Matter).  Predviđeni broj galaksija koji će,Euklid mapirati na nebu je veći od 1.5 milijarde! To je teško zamisliv broj ako uzmemo u obzir da astronomi pre samo 100 godina nisu bili sigurni da li je naš Mlečni put jedina galaksija u celom Univerzumu.

Iako smo prethodnih godina svedočili otkrićima najdaljih galaksija, zvezda i kvazara u svemiru (na pr. najdalja poznata galaksija je pronađena u razdoblju kada je svemir bio star svega 3% od današnje starosti koja iznosi 13.8 milijardi godina), nije jednostavno predvideti koliko to dalekih svetova čeka da bude otkriveno. Jedna od velikih misterija moderne kosmologije je stvaranje prašine u ranom svemiru – prašina je glavni pratilac procesa formiranja zvezda, a samim tim i stvaranja galaksija. Kako to obično biva u prirodi, jedan proces stvara u isto vreme i fascinaciju i problem, i zbog toga što apsorbuju vidljivu svetlost veliki broj dalekih galaksija nije mogao da bude otkriven Habl teleskopom koji ima instrumente za snimanje optičkog dela spektra. Za razliku od njega, Džejms Veb će ispitati širok raspon frekvencija, od vidljivih do srednjeg infracrvenog – u prevodu, moći će da nam otkrije i fiziku čestica prašine u galaksijama koje su daleko čak toliko da ih još nijedan teleskop nije otkrio. Očekujemo da broj takvih galaksija nije previše velik, ali smo na osnovu modela formiranja galaksija sigurni da one postoje. Taj zaključak je izveden iz ekstrapolacije raspodele galaksija u onim kosmičkim epohama za koje imamo poznata merenja. Kao i u sklapanju mozaika, čak i ako neki deilć strukture nedostaje, iz onoga što vidimo možemo da pretpostavimo kako izgleda segment kog tražimo. Drugim rečima, određeni broj dalekih galaksija je neophodan da bi objasnio evoluciju od onih najranijih (prepunih mladih zvezda), do onih najstarijih (prepunih starih i ugašenih zvezda). Ti skriveni i daleki sistemi su i jedan od razloga zbog čega nam trebaju Džejms Veb i Euklid.

Primer naujdaljenijih objekata otkrivenih do sada i njihova pozicija u odnosu na današnji trenutak. Neke od galaksija na crvenom pomaku z > 12 čekaju da budu otkrivene i ispitaju naše razumevanje funkcionisanja svemira. Teorijski modeli i posmatrački rezultati trenutno vode veliku debatu, i nije jasno da li u potpunosti možemo da opišemo evoluciju galaksija aktuelnim metodama i fizikom koju poznajemo.

Da li Srbija učestvuje u ovim projektima ?

Nažalost, ne. Mnoge države su prepoznale značaj ovih velikih ideja i uključile se u projekat. Naša zemlja nije član ESA, a ne postoji nikakva naznaka da će se bilo šta promeniti u budućnosti. Ipak, Srbija će imati svoje naučnike koji će se baviti naukom vezanom za Džejms Veb i Euklid, ali predstavljajući strane institucije u SAD, Francuskoj, Holandiji, Velikoj Britaniji…

Da li će ovi teleskopi otkriti neke nove radio galaksije ?

Da ! U narednom blogu ću vam objasniti kakva je tajna veza između dalekih radio galaksija i velikih svemirskih struktura. Ipak, iako će nove radio galaksije biti otkrivene u budućnosti, samo jedna će emitovati radio talase koje možete da čitate bez prevoda. Vaša radio galaksija (http://radiogalaksija.rs/).

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

one × 3 =