Die Kamera, die unser Verständnis des Universums verändern wird / Kosmos

Im Herzen der Physik liegt ein Rätsel. Vor zwei Jahrzehnten, im Jahr 1998, entdeckten Kosmologen, dass das Universum nicht nur expandiert - eine Entdeckung des frühen 20. Jahrhunderts -, sondern dass die Geschwindigkeit, mit der es sich erweitert, immer schneller wird.

Das war nicht das, was sie erwartet hatten, aber es machte Sinn. Wenn sich die Expansion des Universums beschleunigt, muss es eine Ursache geben. Die Physiker wussten nicht genau, was das war, nannten es "dunkle Energie". Theoretisch interagiert dunkle Energie durch die Schwerkraft, verteilt sich homogen durch das Universum und ist nicht besonders dicht. Wenn Sie alle Kräfte zusammenfassen, aus denen das Universum besteht, würde dies 68,3 Prozent der Materie und Energie ausmachen.

Berücksichtigen Sie die dunkle Energie, und bestimmte Theorien der Physik beginnen zu klicken. Dies erklärt die Geschwindigkeit, mit der sich Galaxien drehen, und zeigt ein vernünftigeres Zeitalter des Universums - ohne dunkle Energie fanden Wissenschaftler heraus, dass einige Sterne angeblich älter waren als das Universum insgesamt. Aber fast 20 Jahre nach dieser Entdeckung wissen die Physiker immer noch nur wenig darüber. Um mehr zu erfahren, haben Wissenschaftler aus Dutzenden von Institutionen in 23 Ländern zusammengearbeitet, um das Large Synoptic Survey Telescope zu entwickeln, eine riesige Digitalkamera, die das Licht von mehreren Milliarden schwachen Galaxien, Millionen von Lichtjahren entfernt, erfassen kann.

"Alle vorhandenen Teleskope mit Kameras wurden vor der Entdeckung der dunklen Energie gebaut", sagte Paul O'Connor, leitender Wissenschaftler am Brookhaven National Laboratory. "Wir erwarten von der LSST, dass sie den gesamten Himmel kartieren und herausfinden kann, wo sich all diese dunklen Materien versteckt haben." O'Connor arbeitet seit über zehn Jahren an den Kamerasensoren des Projekts und am Sonntag bei Total Eclipse von Atlas Obscura. Er erklärte, wie das Teleskop, wenn es auf einem Berg in Chile in Betrieb genommen wird, unser grundlegendes Verständnis des Universums verändern kann.

Seit Jahrtausenden betrachten Wissenschaftler und Wissenschaftler den Nachthimmel und halten ihre Eindrücke mit der besten verfügbaren Technologie fest. Ab dem 19. Jahrhundert * begannen die Astronomen mit dem Aufkommen der Fotografie, die Sterne und andere Himmelserscheinungen zu fotografieren; 1851 machte ein Daguerreotypist, Johann Julius Berkowski, das erste Foto einer Sonnenfinsternis. In den 1920er Jahren nutzte Edwin Hubble das damals größte Teleskop der Welt, um festzustellen, dass Spiralnebel ganze andere Galaxien waren, Millionen Lichtjahre entfernt von unseren eigenen. Das menschliche Raumverständnis veränderte sich; Wir sahen zum ersten Mal das Ausmaß des leeren Raums, „durch diese scheibenförmigen Anordnungen von Sternen, hunderte von Milliarden von Sternen, die Galaxien sind“, wie O'Connor sagt.

In den 1970er Jahren entwickelten die Wissenschaftler von Bell Labs eine Technologie, bei der Lichter mit Hilfe eines "Charge-Coupled Device" als digitale Bilder erfasst werden. 1981 erstellte der Astrofotograf Jim Gunn mit einer CCD-Kamera ein 500 x 500 Pixel großes Bild eines schwachen Sternhaufens. Er nannte diese Kamera ein „nahezu perfektes Gerät“. Diese verfeinerte Technologie hat die Revolution der Consumer-Kameras in Gang gesetzt und uns die erstaunlichen Bilder des Universums gebracht, die vom Hubble-Teleskop und anderen Instrumenten aufgenommen wurden. Heute gibt es Dutzende riesiger Teleskope mit erstklassigen CCD-Kameras. Die Frage an das Team beim Aufbau der LSST, sagt O'Connor, lautet: "Warum werden wir uns die Mühe machen, eine weitere zu bauen?" Was wird die LSST tun, was bestehende Kameras nicht tun werden??

Wenn Sie in einer dunklen Nacht in den Himmel blickten, könnten Sie mit Ihren menschlichen Augen 2.500 Sterne sehen. Die LSST würde eine Milliarde Sterne sehen, sagte O'Connor an diesem Wochenende, und diese Sterne würden von weit entfernten Galaxien überwältigt werden, drei zu eins. Das Sichtfeld der Kamera beträgt zehn Quadratgrade - etwa die Größe eines Centes - und wird zum Himmel gehalten. "Jedes Foto, das wir von dieser Größe des Himmels machen, bringt uns eine weitere Million Galaxien", sagte O'Connor.

Eine der Aufgaben des LSST besteht darin, möglichst viele dieser Galaxien in einem möglichst weiten Himmelsbereich zu erfassen.

Wenn der LSST, der für 2020 geplant ist, in Betrieb geht, wird er ein Jahrzehnt lang immer wieder den Himmel scannen. Über 3.000 Nächte wird das Gerät tausendmal jeden Himmelsabschnitt scannen und erfassen. "Wir werden wirklich einen Film über das Universum drehen", sagte O'Connor. Der LSST wurde speziell entwickelt, um dies zu ermöglichen - er hat ein relativ weites Sichtfeld, er kann jeden winzigen Teil des Himmels schnell scannen und tief in die Tiefen des Universums blicken, um die schwächsten und weit entfernten Galaxien einzufangen.

Mit den gesammelten Informationen hoffen Kosmologen, die dunkle Energie, die Kraft, die diese entfernten Galaxien dazu veranlasst, in immer stärkerem Tempo von uns wegzukommen, besser zu verstehen. Diese Forschungslinie hat das Potenzial, das Gebiet der Physik zu transformieren. "Die Beschleunigung des Universums ist zusammen mit der dunklen Materie das beobachtete Phänomen, das am direktesten zeigt, dass unsere Theorien über grundlegende Teilchen und die Schwerkraft entweder unvollständig oder falsch sind", schrieb die Dark Energy Task Force im Jahr 2006. Beim Blick auf diese weit entfernten Galaxien Wenn Wissenschaftler mehr über ihre Bewegung verstehen, können sie grundlegende Wahrheiten über die Natur von Zeit, Raum, Materie und die Kräfte, die unsere Welt zusammenhalten, aufdecken, die unserem Verständnis bisher entgangen sind.

Deshalb bauen sie die LSST. Zumindest einer der Gründe.

*Korrektur: Eine frühere Version dieser Geschichte gab das falsche Jahrhundert für das Aufkommen der Fotografie an. Das erste Foto wurde im frühen 19. Jahrhundert aufgenommen, nicht im 18. Jahrhundert.