Kozmični film: Observatorij Vera Rubin in spreminjajoče se nebo

Nočno nebo se morda zdi nespremenljivo, vendar je vesolje vse prej kot statično. Zvezde eksplodirajo, supermasivne črne luknje s svojo gravitacijsko silo raztrgajo zvezde, nevtronske zvezde trkajo med seboj, asteroidi pa nenehno frčijo po Osončju. Nekatere od teh sprememb trajajo milijone ali milijarde let, druge se zgodijo v nekaj dnevih, urah ali celo sekundah. Za odkrivanje sprememb na nebu, ki so večinoma nenapovedljive, je nujen poseben pristop k astronomskim opazovanjem: namesto opazovanja posameznih objektov je treba vedno znova fotografirati velika območja neba in posnetke med seboj primerjati ter ugotoviti, ali se je kaj na nebu premaknilo ali pa spremenilo sij. Prav to je glavna naloga Observatorija Vera Rubin, zgrajenega na gori Cerro Pachón v severnem Čilu. Njegov 8,4-metrski teleskop je namenjen projektu Legacy Survey of Space and Time (LSST), enemu najobsežnejših pregledov neba doslej. V deset let dolgem pregledovanju neba bo okrog 800-krat opazoval vsak del južnega neba ter beležil položaje in svetlost 17 milijard zvezd, 20 milijard galaksij in 6 milijonov teles v našem Osončju.

Kamera s 3,2 milijardami slikovnih pik

Teleskop observatorija Rubin se od večine velikih astronomskih teleskopov razlikuje v pomembni lastnosti. Veliki teleskopi so navadno zasnovani za opazovanje zelo šibkih objektov na razmeroma majhnem območju neba, v tem primeru pa ima teleskop veliko zrcalo, ki lahko zbere ogromno svetlobe, in hkrati izjemno široko zorno polje. Z enim samim posnetkom lahko zajame območje neba, ki je približno 45-krat večje od navidezne površine polne Lune na nebu. Posnetek naredijo z največjo digitalno kamero doslej, ki ima maso okrog tri tone in ima 3,2 milijardi slikovnih pik. Vsak posnetek zajame tako veliko območje neba in s tako dobro ločljivostjo, da bi za prikaz ene same slike v polni velikosti potrebovali več sto običajnih televizijskih zaslonov. Junija 2025 je observatorij objavil prve posnetke. Na njih so bile vidne oddaljene galaksije, gosta zvezdna polja z milijoni zvezd ter na tisoče že znanih in na novo odkritih asteroidov. Prvi javni prikaz novih posnetkov je potekal istočasno po vsem svetu, neposredni prenos pa so spremljali tudi v Ajdovščini na Fakulteti za naravoslovje Univerze v Novi Gorici.

Na posnetek Observatorija Vere C. Rubin je za ponazoritev izjemno širokega vidnega polja teleskopa dodanih sedem navideznih polnih Lun.

Foto: RubinObs/NOIRLab/SLAC/DOE/NSF/AURA

Od fotografij do filma

Resnična moč observatorija Vera Rubin pa niso le posamezni posnetki, pač pa to, da bo iste dele neba posnel velikokrat. V nekaj nočeh bo pregledal vse nebo, vidno s svoje lokacije v Čilu, nakar bo opazovanja ponavljal deset let in pri tem “gledal” v vesolje skozi šest različnih barvnih filtrov. Rezultat si je mogoče predstavljati kot barvni film o vesolju, saj bo prikazal tudi spremembe na nebu. S primerjavo zaporednih posnetkov lahko namreč ugotovijo, kaj se je premaknilo, pojavilo, izginilo, postalo svetlejše ali temnejše. V okviru tega projekta LSST bodo ustvarili doslej najpodrobnejši zapis spreminjanja neba skozi čas. Projekt predstavlja tudi izjemen računski izziv, saj je v eni sami noči opazovanj mogoče zaznati milijone sprememb. Zato postajajo napredni algoritmi in metode strojnega učenja za sodobno astronomijo skoraj tako pomembni kot sami teleskopi. Pomagajo pri razvrščanju zaznanih sprememb in iskanju nenavadnih dogodkov med milijoni sicer bolj običajnih spremenljivih zvezd in teles v našem Osončju.

Nočno nebo nad Observatorijem Vera Rubin. V okviru desetletnega projekta Legacy Survey of Space and Time (LSST) bo observatorij ustvaril izjemno obsežen in podroben časovni zapis spreminjajočega se vesolja.

Foto: RubinObs/NOIRLab/SLAC/DOE/NSF/AURA/W. O'Mullane

Eksplozije, trki in raztrgane zvezde

Raziskovalce in raziskovalke Centra za astrofiziko in kozmologijo Univerze v Novi Gorici še posebej zanimajo t.i. tranzientni pojavi - dogodki, ko se nekemu vesoljskemu telesu nenadoma zelo poveča svetlost, ki čez nekaj ur, dni, mesecev ali let ugasne. Skupina sodeluje v mednarodnih raziskavah eksplozij supernov, zlitij nevtronskih zvezd in dogodkov plimskega raztrganja zvezd, do katerih pride, če se neka zvezda preveč približa supermasivni črni luknji v središču neke galaksije. Del raztrgane zvezde lahko pade proti črni luknji in povzroči blišč, ki ga je mogoče opazovati več tednov ali mesecev.

Tranzientni pojavi so še posebej zanimivi, kadar jih je mogoče opazovati z več različnimi instrumenti hkrati. Odkritje zanimivega pojava z observatorijem Rubin lahko sproži opazovanja z drugimi teleskopi. Iskanje posebnih tranzientnih dogodkov (kakršna so plimska raztrganja zvezd) med milijoni drugih sprememb zahteva avtomatizirane metode, zato raziskovalci in raziskovalke Centra za astrofiziko in kozmologijo, ki sodelujejo v 10-milijonskem evropskem MSCF COFUND projektu SMASH, ki ga koordinira Univerza v Novi Gorici, razvijajo orodja umetne inteligence za prepoznavanje zanimivih tranzientnih pojavov.

Teleskop Simonyi Survey Telescope v Observatoriju Vera Rubin med prvimi opazovanji.

Foto: RubinObs/NOIRLab/SLAC/NSF/DOE/AURA/P. Horálek (Institute of Physics in Opava)

Slovenija in projekt LSST na Observatoriju Vera Rubin

Sodobni astronomski observatoriji ustvarjajo količine podatkov, ki jih posamezni raziskovalci ne morejo več analizirati na svojih računalnikih. Rubin bo vsako noč ustvaril približno 10 terabajtov podatkov, končna astronomska podatkovna zbirka pa se bo merila v desetinah petabajtov. Pridobivanje novih znanstvenih spoznanj iz teh podatkov zahteva porazdeljeno računalništvo, napredno programsko opremo in tesno mednarodno sodelovanje. V prihodnjem desetletju se bodo milijarde posameznih opazovanj postopoma povezale v doslej najobsežnejši zapis spreminjajočega se vesolja.

Sodelovanje slovenskih raziskovalcev pri projektu LSST ni omejeno le na analizo končnih znanstvenih rezultatov. Raziskovalci z Univerze v Novi Gorici sodelujejo tudi pri infrastrukturi, potrebni za obdelavo in shranjevanje ogromnih količin podatkov, ki jih ustvarja observatorij, vključno z vzpostavitvijo podatkovnega repozitorija in sistema za obdelavo podatkov o tranzientnih dogodkih na superračunalniku Vega v Mariboru. V prihodnje bo to infrastrukturo nadgradil projekt Slovenske tovarne umetne inteligence (SLAIF), ki bo zagotovil novo generacijo zmogljivosti za visokozmogljivo računalništvo, umetno inteligenco in obdelavo velikih količin podatkov. •