Rubin ma oko na Planetę 9? Teleskop, który może zmienić podręczniki

Spis treści:

1. Eksplozja danych i wyzwania dla astronomii
2. Czy Dziewiąta Planeta naprawdę istnieje? Rubin może dać odpowiedź
3. Goście spoza Układu Słonecznego pod lupą Rubina
4. Odkrywanie przeszłości Drogi Mlecznej i jej galaktycznych sąsiadów
5. Tropem niewidzialnego. Jak Rubin pomoże zbadać ciemną materię i ciemną energię
6. Teleskop Rubin może odkryć coś, czego nikt się nie spodziewa

Na szczycie góry w chilijskiej pustyni Atakama ruszyło działanie jednego z najpotężniejszych narzędzi obserwacyjnych w historii astronomii — Obserwatorium Very C. Rubin. Wyposażone w 3200-megapikselową kamerę wielkości SUV-a i zdolne do wykonywania setek zdjęć każdej nocy przez kolejne dziesięciolecie, nowe obserwatorium zrewolucjonizuje nasze spojrzenie na Wszechświat. Dzięki szerokokątnemu systemowi obserwacji, który co pięć sekund kieruje obiektyw na nowy fragment nieba, teleskop Rubin będzie tworzyć niezwykłe poklatkowe obrazy całej południowej części nieba. Jego lustra, zbierające ogromne ilości światła, umożliwią dostrzeżenie niezwykle słabych i odległych obiektów kosmicznych, a naukowcy mają nadzieję, że pomoże to m.in. w odkryciu legendarnej Planety 9. Nazwany na cześć astronomki Very Rubin, która dostarczyła dowodów na istnienie ciemnej materii, teleskop budzi zachwyt środowiska naukowego i otwiera zupełnie nowy rozdział w badaniach nad tajemnicami Wszechświata. Może przynieść odpowiedzi na wiele pytań, m.in. to, jak powstał Wszechświat.

Eksplozja danych i nowe wyzwania dla astronomii

Rubin ma rozpocząć pełne działanie jeszcze w tym roku, po zakończeniu ostatnich testów technicznych. Gdzie więc skierować teleskop wart pół miliarda dolarów? Naukowcy przewidują, że obserwatorium odkryje miliony asteroid i komet, kilka milionów supernowych, 17 miliardów gwiazd w Drodze Mlecznej, 20 miliardów galaktyk i inne zjawiska astrofizyczne, które być może nigdy wcześniej nie zostały zaobserwowane. Nasz kosmiczny kielich się przelewa. Inne obserwatoria, zarówno naziemne, jak i kosmiczne, dostarczyły nam niezliczonych cudów Wszechświata, ale żaden teleskop wcześniej nie patrzył w nocne niebo w taki sposób.

Można się zastanawiać, czy 10 milionów eksplodujących gwiazd to nie za dużo — i rzeczywiście, astronomowie, z którymi rozmawiałam o teleskopie Rubin, przyznają, że są trochę przytłoczeni.

– Sto lat temu szło się do teleskopu, zbierało dane, może na płycie fotograficznej, a potem zabierało je do domu i chowało do szuflady – mówi Pauline Barmby, astronomka z Western University w Kanadzie. – Będzie tak dużo danych, że naprawdę musimy wymyślić zupełnie nowe sposoby ich analizy – dodaje. Naukowcy są gotowi na przeszukiwanie obserwacji, które mogą pomóc rozwiązać największe zagadki astronomii — od funkcjonowania układów planetarnych po wielkoskalowe siły kształtujące przyszłość Wszechświata.

Czy Dziewiąta Planeta naprawdę istnieje? Rubin może dać odpowiedź

Przez ostatnią dekadę astronomowie zastanawiali się nad zagadką, która może całkowicie przedefiniować podręczniki do nauk ścisłych: czy istnieje jeszcze jedna planeta w naszym Układzie Słonecznym — obiekt wielkości Neptuna dryfujący w ciemności? Naukowcy nazywają ten hipotetyczny świat Dziewiątą Planetą i Rubin może raz na zawsze rozstrzygnąć kwestię jej istnienia. Pluton – jak być może słyszałeś – nie jest już uznawany za dziewiątą planetę Układu Słonecznego — został przeklasyfikowany jako planeta karłowata w 2006 roku, ze względu na różne definicje astronomiczne).

Teoria Planety Dziewiątej pojawiła się na podstawie obserwacji lodowych ciał niebieskich, które orbitują poza Neptunem, w regionie zwanym Pasem Kuipera. Kilka z tych obiektów porusza się po zaskakujących orbitach; coś poza grawitacją Słońca zdaje się wpływać na ich ruch. Jednym z wyjaśnień może być obecność ogromnej, niewidocznej planety, której siła grawitacyjna kształtuje ich trasy orbitalne. Istnieją też inne teorie — od ekstrawaganckich (może tam jest malutka czarna dziura albo dowód na nową teorię grawitacji), po bardziej przyziemne (być może orbity nie są tak dziwne, a nasz obraz Pasa Kuipera jest po prostu niekompletny).

– Obecne teleskopy nie są w stanie dostrzec słabego blasku tak odległej, hipotetycznej planety. Teleskop Rubin może jednak wykryć Planetę Dziewiątą już w pierwszym lub drugim roku działania — mówi prof. Megan Schwamb, astronomka z Queen’s University w Belfaście (Irlandia Północna). Naukowcy wyznaczyli już obszar poszukiwań na niebie. – Jeśli planeta tam jest, zobaczymy ją tak, jak widzimy Plutona – mówi prof. Schwamb – jako jasny punkcik w mroku Pasa Kuipera, odbijający światło swojej gwiazdy.

– Jeśli nie będzie wielkiego momentu „X-oznacza-miejsce” dla Planety Dziewięć, to nie znaczy, że jej tam nie ma – mówi dr Samantha Lawler, astronomka z Campion College w Kanadzie. – Może być po prostu dalej, albo mniejsza, albo mniej refleksyjna.

Astronomowie będą musieli nadal obserwować zachowanie obiektów transneptunowych, a Rubin ma odkryć aż 37 tys. takich obiektów — dziesięciokrotnie więcej niż obecnie znamy. W morzu tych nowych ciał niebieskich, przekonujące dowody na istnienie Planety Dziewiątej mogą wypłynąć na powierzchnię — lub zniknąć na dobre.

Goście spoza Układu Słonecznego pod lupą Rubina

W 2017 roku teleskop naziemny na Hawajach zaobserwował niezwykły obiekt przelatujący przez Układ Słoneczny, niezwiązany grawitacyjnie ze Słońcem. Obiekt ten, nazwany później 'Oumuamua, pozostawił astronomów z wieloma pytaniami o wcześniej nieznaną populację kosmicznych wędrowców — i z domysłami o pozaziemskim pochodzeniu, które krążą do dziś. Kolejny zaskakujący obiekt — Borysow — pojawił się w 2019 roku, pogłębiając zagadkę.

Rubin da znacznie więcej okazji do badania takich międzygwiezdnych obiektów, które mogą dryfować przez galaktyczne pustkowia przez setki milionów lat, zanim spotkają ciepło jakiejś gwiazdy. Obiekty te pojawiają się bez ostrzeżenia i poruszają się szybko, więc są trudne do uchwycenia — chyba że stale tworzysz poklatkowe ujęcia nocnego nieba. Uważa się, że takie obiekty zostały wyrzucone z macierzystych układów podczas formowania się planet — okresu niezwykle burzliwego. Cząstki z naszego własnego Układu Słonecznego, wyrzucone miliardy lat temu, prawdopodobnie również gdzieś dryfują po galaktyce.

Niektórzy naukowcy szacują, że Rubin może odkryć od 5 do 50 takich obiektów w ciągu dekady. Prof. Chris Lintott, astrofizyk z Oksfordu, jest bardziej optymistyczny — stawia na 100. To szeroki zakres, co podkreśla, jak nowa i ekscytująca jest ta dziedzina badań.

Każde wykrycie takiego obiektu uruchomi gorączkowy pościg: teleskopy na całym świecie i w kosmosie będą śledzić cel, badając jego ruch, skład i — czemu nie? — czy wykazuje oznaki sztucznej technologii. Każdy międzygwiezdny wędrowiec wykryty przez Rubin da wgląd w to, jak mogło przebiegać formowanie planet w Drodze Mlecznej. Czy olbrzymie planety jak Jowisz, Saturn i Uran są powszechne wokół innych gwiazd? Zdobyczne dane z Rubina mogą to potwierdzić lub zaprzeczyć. – Jeśli znajdziemy ich bardzo niewiele, być może będziemy musieli przemyśleć, jakie systemy planetarne istnieją w galaktyce – mówi prof. Lintott.

Nawet z pomocą potężnego teleskopu, astronomowie prawdopodobnie nie będą w stanie określić dokładnego pochodzenia tych obiektów — – Ponieważ zostały przemieszane po całej galaktyce – mówi Michele Bannister, astronomka planetarna z Uniwersytetu Canterbury w Nowej Zelandii.

Ale można zbadać ich skład chemiczny, by dowiedzieć się czegoś o ich gwiazdach macierzystych — nawet o ich wieku. Możliwe będzie także określenie, czy dwa lub więcej obiektów pochodzi z tego samego gromady gwiazd. Rubin pozwoli też testować teorie o istnieniu „korytarzy” złożonych z takich obiektów, wijących się przez galaktykę jak wstęgi.

– Nawet niewielka próbka takich ciał mówi nam bardzo wiele o procesach zachodzących w całej naszej cudownej, rozległej galaktyce – mówi Michele Bannister.

Odkrywanie przeszłości Drogi Mlecznej i jej galaktycznych sąsiadów

Galaktyki formują się w sposób chaotyczny — mówi prof. Pauline Barmby, astronomka z kanadyjskiego Western University. – Gaz wpada, gaz wylatuje, gwiazdy się rodzą, gwiazdy umierają — i wszystko to dzieje się w bardzo długich skalach czasowych, których nie możemy bezpośrednio zaobserwować. Czasami, w trakcie tego procesu, gwiazdy z jednej galaktyki zostają przechwycone przez siły grawitacyjne innej. Takie zjawiska nazywamy strumieniami gwiezdnymi (ang. stellar streams), a nowe obserwatorium ma ujawnić ich znacznie więcej w naszej Drodze Mlecznej, gdzie będą „krążyć niczym pszczoły wokół błyszczącej róży galaktyki.”

Obserwacje z Rubina pozwolą astronomom śledzić ruchy poszczególnych gwiazd przez długi czas, co może ujawnić, czy pochodzą one z wnętrza Drogi Mlecznej, czy też zostały do niej „przyciągnięte” z pobliskich galaktyk.

Rubin ma również odkryć więcej małych galaktyk satelitarnych, które orbitują wokół Drogi Mlecznej i które niechętnie „oddawały” swoje gwiazdy. Każda z tych galaktyk ma własną, fascynującą osobowość kosmiczną; jedna z najmniejszych zawiera zaledwie kilkaset gwiazd — w porównaniu do 10 miliardów w Drodze Mlecznej — mówi Yao-Yuan Mao, astrofizyk z Uniwersytetu Utah. Przewiduje on, że Rubin odkryje wszystkie małe galaktyki, które można zaobserwować — nie licząc tych ukrytych za jasnym dyskiem Drogi Mlecznej, które z naszej perspektywy pozostaną na zawsze niewidoczne. – Uzyskamy superkompletny obraz naszego systemu Drogi Mlecznej – mówi Mao.

Porównując nasz system galaktyczny z innymi, astronomowie będą mogli zmierzyć się z jednym z najbardziej pasjonujących pytań w tej dziedzinie: czy sposób, w jaki działa kosmos tutaj — w naszym rejonie — jest taki sam wszędzie indziej? – Czy wiedza, którą uzyskaliśmy, badając Drogę Mleczną, ma zastosowanie w całym Wszechświecie? – pyta Mao. – Czy też jest coś wyjątkowego lub unikalnego w samej Drodze Mlecznej?

Tropem niewidzialnego: jak Rubin pomoże zbadać ciemną materię i ciemną energię

W trakcie fotografowania milionów obiektów kosmicznych, Rubin będzie również poszukiwał oznak dwóch całkowicie niewidzialnych rzeczy: ciemnej materii i ciemnej energii. Wszystkie gwiazdy, galaktyki, gazy — cała materia, którą możemy zaobserwować — stanowi zaledwie 5 procent „całego składu Wszechświata” — mówi Alex Drlica-Wagner, astrofizyk z Uniwersytetu Chicagowskiego. Reszta to ciemna materia — rodzaj materii, która nie emituje ani nie pochłania światła, stanowiąca 25 procent Wszechświata — oraz ciemna energia — enigmatyczna substancja, która stanowi aż 70 procent. Choć naukowcy nigdy nie zaobserwowali ich bezpośrednio, to zachowanie kosmosu sugeruje, że muszą istnieć.

Rubin nie ujawni wszystkich ich sekretów, ale ogromna ilość danych stanie się prawdziwym placem zabaw dla badaczy chcących testować teorie dotyczące tych zjawisk. Astronomowie po raz pierwszy podejrzewali istnienie ciemnej materii już w latach 30. XX wieku, gdy zauważyli, że niektóre galaktyki pozostają skupione razem, mimo że poruszają się na tyle szybko, że powinny się rozpaść — co sugerowało istnienie niewidocznej siły spajającej „galaktyczną sieć.” W latach 70. astronomka, której imieniem nazwano obserwatorium Rubin, odkryła podobny efekt na obrzeżach galaktyk, gdzie gwiazdy poruszały się zbyt szybko, by pozostać na swoich orbitach — a mimo to były „przytrzymywane” przez niewidzialną siłę.

Ślady niewidzialnej materii można nawet dostrzec poprzez światło gwiazd. Ciemna materia potrafi zakrzywiać światło przechodzące w jej pobliżu, sprawiając, że jego źródło — np. odległa galaktyka — wygląda na zniekształcone. Rubin będzie zbierał takie zakrzywione obrazy, co pozwoli astronomom – Mapować, gdzie znajduje się ciemna materia, patrząc na to, jak zakrzywia światło w drodze do nas – mówi Drlica-Wagner. Takie mapy mogą pomóc wyjaśnić naturę cząstek ciemnej materii — m.in. to, czy są „zimne”, czy „gorące” — a te drobne różnice mogą całkowicie zmienić nasze rozumienie, jak Wszechświat formuje galaktyki.

Ciemna energia jest jeszcze bardziej tajemnicza. Pojęcie to pojawiło się w latach 90., gdy astrofizycy obliczyli, że Wszechświat rozszerza się coraz szybciej — a nie zwalnia, jak przewidywały prawa fizyki. Uznało się, że za ten efekt odpowiada ciemna energia — choć naukowcy wciąż nie wiedzą, czym dokładnie ona jest — jedynie, że zachowuje się inaczej niż jakakolwiek znana forma materii – mówi Drlica-Wagner. W przeciwieństwie do ciemnej materii, która prawdopodobnie składa się z cząstek, ciemna energia „rozciąga” samą strukturę przestrzeni. Rubin, dzięki katalogowi milionów eksplodujących gwiazd (supernowych), będzie szczególnie przydatny: naukowcy mogą wykorzystać określone typy supernowych do śledzenia ekspansji Wszechświata — a tym samym do badania roli ciemnej energii.

Teleskop Rubin może odkryć coś, czego nikt się nie spodziewa

Ostatecznie, najbardziej ekscytujące odkrycia Rubina mogą być tymi, których astronomowie jeszcze się nie spodziewają. Takie jest właśnie sedno posiadania naprawdę dobrego, nowego teleskopu — dreszcz emocji związany z tym, czego jeszcze nie wiemy, że nie wiemy. – Jeśli ktoś mówi: Nigdy nie widziałem metrowego królika, można zapytać: Dobrze, ale jak uważnie szukałeś? – mówi Michael Wood-Vasey, astronom z Uniwersytetu Pittsburgha, który przez lata pomagał przygotować obserwatorium Rubin do działania. Być może nowe obserwatorium — z jego nieustannym, intensywnym spojrzeniem w kosmos — ujawni jakieś kosmiczne króliki.

Źródło: National Geographic Polska