Postawią na pustyni 1650 anten. Tak będą podsłuchiwać Wszechświat

Deep Synoptic Array ma w czasie rzeczywistym obrazować radiowe niebo, śledzić pulsary, szybkie błyski radiowe i ślady kosmicznych katastrof.

Na pustyni w Nevadzie ma powstać jeden z najbardziej ambitnych radioteleskopów w historii. Nie będzie on jednak wyglądał jak jedna wielka czasza znana z filmów. Zamiast tego naukowcy rozstawią 1650 mniejszych anten na obszarze ok. 20 na 16 km. Razem mają działać jak ogromna kamera do obserwacji radiowego Wszechświata.

Projekt nazywa się Deep Synoptic Array. Po zakończeniu budowy ma mapować niebo 100 razy szybciej niż jakikolwiek istniejący radioteleskop i w pierwszym dużym przeglądzie wykryć ponad 1 mld źródeł promieniowania radiowego. To liczba absurdalnie duża, jeżeli pamiętać, iż wszystkie dotychczasowe radioteleskopy razem znalazły ok. 20 mln takich źródeł.

To nie będzie jedno wielkie ucho, tylko tysiące mniejszych

Radioastronomia działa inaczej niż klasyczne patrzenie przez teleskop. Astronomowie nie zbierają tu światła widzialnego, ale fale radiowe docierające z kosmosu. Emitują je m.in. pulsary, czarne dziury, galaktyki, obłoki gazu i gwałtowne zjawiska, które w zwykłym świetle mogą być niewidoczne albo trudne do uchwycenia.

Można budować ogromne pojedyncze czasze, które są bardzo czułe, albo sieci wielu anten, które działają wspólnie i pozwalają uzyskać ostry obraz. Deep Synoptic Array idzie w tę drugą stronę, ale w skali, której dotąd nie próbowano w takim wydaniu. Każda antena ma mieć nieco ponad 6 m średnicy, a cały system ma pracować w paśmie od 0,7 do 2 GHz.

Sekret nie tkwi więc tylko w liczbie czasz. Ważne jest to, iż sygnały z 1650 anten zostaną połączone tak, by tworzyć obrazy w czasie rzeczywistym. Właśnie dlatego projektanci mówią o radiowej kamerze. Zamiast tygodniami obrabiać ogromne ilości danych, system ma od razu produkować naukowo użyteczne mapy nieba.

Dlaczego akurat pustynia w Nevadzie?

Radioteleskop potrzebuje ciszy, ale nie takiej zwykłej. Chodzi o ciszę radiową. Telefony, radary, satelity, nadajniki, sieci bezprzewodowe i cała współczesna elektronika wytwarzają tło, które może zagłuszyć bardzo słabe sygnały z kosmosu. A astronomowie często polują właśnie na takie sygnały: ledwo widoczne ślady odległych galaktyk, błysków i obiektów sprzed miliardów lat.

Właśnie dlatego miejsce wybrano w odległej dolinie w Nevadzie. To teren o małej gęstości zaludnienia, wysokim położeniu i naturalnym ekranowaniu przez pasma górskie. Dla człowieka może wyglądać jak pustkowie. Dla radioastronoma to mniej zakłóceń, mniej nadajników i więcej szans na czysty odbiór kosmicznego sygnału.

Skala projektu jest duża, ale same anteny będą stosunkowo niewielkie. Zespół podkreśla, iż ma to ograniczyć wpływ na środowisko i krajobraz. Konstrukcje będą rozproszone, a projektanci deklarują, iż układ anten ma być dostosowywany tak, by omijać wrażliwe zasoby przyrodnicze i kulturowe.

Komputer, który zmierzy się z lawiną danych większą niż wszystko, co radioastronomia widziała wcześniej

1650 anten to ogromne wyzwanie związane z danymi. Każda z nich będzie nieustannie zbierać sygnały z kosmosu, a ich łączna ilość gwałtownie osiągnęłaby niewyobrażalne rozmiary. Według zespołu, gdyby wszystko zapisywać w surowej postaci, cały przegląd wymagałby przechowywania około 100 eksabajtów danych, czyli 100 mld gigabajtów.

Rozwiązaniem ma być przetwarzanie na miejscu i w czasie rzeczywistym. Sygnały z anten trafią do potężnego systemu obliczeniowego, który od razu zamieni je w obrazy. Zamiast archiwizować niewyobrażalne ilości surowych danych, projekt będzie przechowywał znacznie bardziej użyteczne mapy i produkty naukowe.

W tradycyjnej radioastronomii część pracy zaczyna się dopiero po obserwacjach, gdy trzeba mozolnie przetwarzać dane. Deep Synoptic Array ma działać bardziej jak kamera nieba: obserwować, przetwarzać i udostępniać wyniki niemal natychmiast.

Co tak adekwatnie ma podsłuchać ten instrument?

Słowo podsłuchać jest oczywiście skrótem myślowym. W kosmosie nikt nie nasłuchuje dźwięku w zwykłym sensie. Radioteleskopy odbierają fale elektromagnetyczne. Ale metafora jest trafna, bo Wszechświat naprawdę jest pełen radiowych sygnałów, które opowiadają o zjawiskach niewidocznych dla naszych oczu.

Deep Synoptic Array ma wykrywać m.in. szybkie błyski radiowe, czyli FRB. To krótkie, potężne impulsy fal radiowych, często pochodzące z bardzo odległych galaktyk. Wciąż nie wszystkie ich źródła są dobrze zrozumiane. Nowa sieć ma lokalizować choćby ponad 100 tys. takich błysków i przypisywać je do galaktyk macierzystych.

Teleskop ma też znaleźć ponad 20 tys. nowych pulsarów. To gwałtownie obracające się gwiazdy neutronowe, które wysyłają wiązki fal radiowych niczym kosmiczne latarnie morskie. Pulsary są wyjątkowo regularne, dlatego można ich używać jak naturalnych zegarów do badania fal grawitacyjnych i struktury czasoprzestrzeni.

Dane mają być od razu publiczne

Jednym z ciekawszych założeń projektu jest otwarte udostępnianie danych. Naukowcy chcą, by obrazy i wyniki obserwacji trafiały do publicznego użytku możliwie szybko, bez długiego okresu zarezerwowanego wyłącznie dla zespołu badawczego. Dzięki temu będą mogli korzystać z nich badacze z całego świata, ale też pasjonaci astronomii czy uczniowie zainteresowani kosmosem.

Jeśli projekt rzeczywiście wygeneruje miliardy obserwacji i ogromną liczbę nowych źródeł, żaden pojedynczy zespół nie będzie w stanie przeanalizować wszystkiego samodzielnie. Otwarta baza danych może przyspieszyć odkrycia, ale też zmienić sposób pracy w radioastronomii.

Może się więc okazać, iż część ciekawych obiektów znajdą nie tylko zawodowi astronomowie, ale także ludzie z dobrym pomysłem na analizę danych. To nie byłby pierwszy raz, gdy otwarte dane astronomiczne dają odkrycia daleko poza pierwotnym zespołem projektu.

Kiedy rusza budowa?

Projekt właśnie przeszedł końcowy przegląd projektowy i otrzymał zielone światło od Schmidt Sciences, które współfinansuje jego budowę razem z Caltechem. jeżeli wszystko pójdzie zgodnie z planem, instrument będzie gotowy do 2029 r., a obserwacje naukowe rozpoczną się niedługo później.

Wcześniejsze prototypy testowano już w Owens Valley Radio Observatory w Kalifornii. To pozwoliło sprawdzić rozwiązania techniczne, w tym konstrukcję anten, odbiorniki pracujące w temperaturze otoczenia i koncepcję radiowej kamery. Teraz skala ma wzrosnąć do pełnego instrumentu.

Jeśli wszystko się uda, to w Nevadzie powstanie nie tylko kolejny radioteleskop, ale nowy typ maszyny do astronomii. Mniej przypominającej pojedyncze oko skierowane w niebo, a bardziej ogromny system monitoringu kosmosu w paśmie radiowym.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI