Kameraet som vil transformere vår forståelse av universet / kosmos

Det er et mysterium i hjertet av fysikken. For to tiår siden, i 1998, oppdaget kosmologer at universet ikke bare ekspanderer - en oppdagelse av det tidlige 20. århundre - men at hastigheten der den ekspanderer, blir raskere.

Det var ikke det de forventet å finne, men det gjorde en fornuftig følelse. Hvis ekspansjonen av universet er akselerert, må det være en årsak; ikke kjent nøyaktig hva det var, fysikere kalte det "mørk energi." I teorien samhandler mørk energi gjennom tyngdekraften, spredes homogent gjennom universet, og er ikke særlig tett. Hvis du samlet opp alle de kreftene som utgjør universet, ville det stå for 68,3 prosent av materie og energi.

Redegjøre for mørk energi, og visse teorier om fysikk begynner å klikke. Det bidrar til å forklare hvilken frekvens som galakser roterer og avslører en mer fornuftig alder - uten mørk energi, fant forskerne at noen stjerner var antatt eldre enn universet som helhet. Men nesten 20 år etter denne oppdagelsen, vet fysikere fortsatt bare litt om det. For å lære mer har forskere fra dusinvis av institusjoner i 23 land jobbet sammen for å skape det store synoptiske undersøkelseskommunikasjonen, et gigantisk digitalkamera som har muligheten til å fange lyset fra flere milliarder svake galakser, millioner av lysår unna.

"Alle eksisterende teleskoper med kameraer ble bygget før funn av mørk energi," sa Paul O'Connor, seniorforsker ved Brookhaven National Laboratory. "Vi forventer at LSST skal kartlegge hele himmelen og finne ut hvor alt det mørke saken har skjult." O'Connor har jobbet med prosjektets kamerasensorer i mer enn ti år, og på Atlas Obscura Total Eclipse festival på søndag, han forklarte hvordan teleskopet, når det går i drift på et fjell i Chile, kunne forvandle vår grunnleggende forståelse av universet.

I årtusener har forskere og forskere sett på nattehimmelen og registrert sine inntrykk med den beste teknologien som er tilgjengelig. Fra begynnelsen av 1800-tallet begynte astronomene å ta bilder av stjernene og andre himmelske fenomener, med fremkomsten av fotografering; i 1851 tok en daguerreotypist, Johann Julius Berkowski, det første bildet av en solformørkelse. I 1920-tallet brukte Edwin Hubble det som var verdens største teleskop for å fastslå at spiralnebler var helt andre galakser, millioner av lysår fjernt fra vår egen. Den menneskelige forståelsen av rom forandret seg; vi så for første gang omfanget av tomt rom, "skiltet av disse diskformede stjerneforsamlingene, hundrevis av milliarder stjerner, som er galakser", som O'Connor setter det.

På 1970-tallet skapte forskere ved Bell Labs en teknologi som brukte en "ladetilkoblet enhet" for å fange lys som digitale bilder. I 1981 brukte astrofotografen Jim Gunn et CCD-kamera for å skape et 500 x 500 pixel bilde av en svak stjerneklynge. Han kalte kameraet som en "nesten perfekt enhet." Denne samme teknologien, raffinerte, er det som slått av revolusjonen i kameraer med forbrukerkvalitet og har gitt oss de forbløffende bildene av universet fanget av Hubble-teleskopet og andre instrumenter. I dag er det dusinvis av store teleskoper, med topp CCH-kameraer. Spørsmålet om teambygningen LSST, O'Connor, er: "Hvorfor skal vi ha problemer med å bygge en annen?" Hva vil LSST gjøre at eksisterende kameraer ikke vil?

Hvis du så opp på himmelen på en mørk natt, kan du se 2.500 stjerner med dine menneskelige øyne. LSST ville se en milliard stjerner, sa O'Connor denne helgen, og disse stjernene ville være overordnet av fjerne galakser, tre til en. Kameraets synsfelt er ti firkantede grader - om størrelsen på en krone, holdt opp til himmelen. "Hvert fotografi vi tar av den størrelsen på himmelen, gir oss en million galakser," sa O'Connor.

En av jobbene til LSST er å undersøke så mange av disse galakser, over så bredt et område av himmel som mulig.

Når LSST går i bruk, som er planlagt til 2020, vil det tilbringe et tiår med å skanne himmelen igjen og igjen. Over 3.000 netter, vil instrumentet skanne og fange opp hvert lag av himmelen tusen ganger. "Vi skal virkelig lage en film av universet," sa O'Connor. LSST var spesielt designet for å gjøre dette mulig - det har et relativt bredt synsfelt, det kan skanne hver lille del av himmelen raskt, og det kan se dypt inn i universets dyp, for å fange de svakeste, fjerneste galakser.

Med den informasjonen som samles, håper kosmologer å begynne å bedre forstå mørk energi, kraften som forårsaker de fjerne galakser i rask takt fra oss. Denne spørreundersøkelsen har potensial til å forandre feltets fysikk. "Universell akselerasjon er sammen med mørk materie det observerte fenomenet som mest direkte demonstrerer at våre teorier om grunnleggende partikler og tyngdekraften er enten ufullstendige eller ukorrekte", skrev Dark Energy Task Force i 2006. Ved å se på disse fjerne galakser og forstå mer om hvordan de beveger seg, kan forskere låse opp grunnleggende sannheter om typen tid, rom, materie og krefter som holder vår verden sammen, som hittil har rømt vår forståelse.

Det er grunnen til at de bygger LSST. En av grunnene, i det minste.

*Korreksjon: En tidligere versjon av denne historien ga feil århundre for fremtiden for fotografering. Det første bildet ble tatt i begynnelsen av det 19. århundre, ikke det 18. århundre.