Vera C. Rubin Observatory: 세계에서 가장 큰 디지털 카메라는 천문학의 게임 규칙을 바꿀 것입니다

CNN
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칠레 북부의 한 산꼭대기에서 세계 최대의 디지털 카메라가 작동 준비를 하고 있습니다.

그 임무는 간단하지만 야심적입니다. 밤하늘 전체를 아주 자세하게 사진으로 촬영하고 우주의 가장 깊은 비밀을 밝혀내는 것입니다.

칠레 수도 산티아고에서 북쪽으로 약 482km 떨어진 2,682m(8,800피트) 산인 세로 파콘(Cerro Pachón)에 완공을 앞두고 있는 새로운 망원경인 베라 C. 루빈 천문대(Vera C. Rubin Observatory) 내부에 위치한 이 카메라의 해상도는 3200메가픽셀휴대폰 300개와 대략 같은 수의 픽셀이며 각 이미지는 최대 40개의 보름달의 하늘 영역을 포함합니다.

매 3일 밤마다 망원경은 눈에 보이는 하늘 전체를 이미지화하여 천문학자들이 움직이거나 밝기가 변하는 모든 것을 볼 수 있도록 하는 수천 장의 이미지를 생성합니다. 이를 통해 베라 루빈은 우리가 지금까지 본 적 없는 약 170억 개의 별과 200억 개의 은하계를 발견하게 될 것으로 예상되며 이는 단지 시작에 불과하다.

천문대의 천문학 지원 전문가인 Claire Higgs는 “로빈이 할 일이 많습니다.”라고 말합니다. “우리는 이전에 해본 적이 없는 방식으로 하늘을 탐험하고 있으며, 물어볼 생각조차 하지 못했던 질문에 답할 수 있는 능력을 제공합니다.”

망원경은 정확히 10년 동안 밤하늘을 스캔하여 매일 밤 1,000장의 이미지를 촬영합니다. “10년 안에 우리는 지금은 말할 수 없는 새로운 과학 분야, 새로운 종류의 사물, 새로운 유형의 발견에 대해 이야기하게 될 것입니다. 왜냐하면 나는 그것이 무엇인지 아직 모르기 때문입니다. 정말 흥미롭습니다.”라고 Higgs는 덧붙입니다.

공사중 2015년부터이 망원경의 이름은 2016년에 사망한 미국의 선구적인 천문학자 베라 루빈(Vera Rubin)의 이름을 따서 명명되었습니다. 루빈은 여러 업적 중에서 처음으로 암흑 물질의 존재를 확인했습니다. 암흑 물질은 우주 물질의 대부분을 구성하지만 결코 발견된 적이 없는 물질입니다. 관찰됨.

이 프로젝트는 억만장자 찰스 시모니(Charles Simonyi)와 빌 게이츠(Bill Gates)를 포함한 개인 기부자들에 의해 2000년대 초반에 시작되었습니다. 나중에 에너지부 산하 과학국과 미국 국립과학재단이 공동으로 자금을 지원했으며, 캘리포니아 스탠포드 대학이 운영하는 연구 센터인 SLAC 국립 가속기 연구소와 함께 이를 운영하기도 했습니다.

루빈은 미국 국립 천문대이지만 여러 가지 이유로 다른 많은 망원경과 공유하는 칠레 안데스 산맥에 위치하고 있습니다. “광학 망원경의 경우, 높고 어둡고 건조한 장소가 필요합니다”라고 Higgs는 말하며 장비의 감도를 감소시키는 빛 공해 및 공기 습도 문제를 언급합니다. “차분하고 이해하기 쉬운 분위기를 원하고, 칠레의 밤하늘의 질은 탁월합니다. 이것이 바로 여기에 망원경이 그렇게 많은 이유입니다.”라고 그녀는 덧붙입니다. “외딴 지역이지만 산에서 데이터를 얻는 것이 문제가 될 만큼 그렇게 먼 곳도 아닙니다. Robin이 의지할 수 있는 인프라가 있습니다.”

현재 망원경은 건설 마지막 단계에 있으며 2025년에 작동될 것으로 예상됩니다. “우리는 현재 모든 부품을 하나로 모으기 위해 노력하고 있지만 모두 산 꼭대기에 있습니다. 이는 우리가 달성한 중요한 이정표입니다. 여름 동안.” 힉스는 말한다. “우리는 내년 봄에 일이 일어날 것으로 기대합니다. 모든 것을 하나로 모으고, 모든 것을 정렬하고, 위에서 아래로 파이프라인과 데이터에 이르기까지 모든 시스템이 원하는 대로 보이고 최선을 다해 최적화되도록 하는 것입니다. 이를 위해 수십 년간의 준비 작업이 있었지만 모든 것을 준비하고 실행하기 전까지는 결코 알 수 없습니다.

몇 달 간의 테스트를 거친 후인 2025년 말에 천문대는 첫 관측을 할 예정이지만 Higgs는 이 타임라인에 “유동성”이 있다고 경고했습니다.

루빈의 주요 임무는 LSST(고대의 공간 및 시간 조사)입니다. “이것은 우리가 매일 밤 남쪽 하늘을 관찰하는 10년 간의 조사이며 매 3일마다 반복됩니다. 그래서 우리는 기본적으로 10년 동안 남쪽 하늘에 대한 영화를 만들었습니다.”라고 Higgs는 말합니다.

카메라는 30초마다 사진을 찍을 수 있으며, 이는 24시간마다 20TB의 데이터를 생성합니다. 이는 평균적인 사람이 Netflix를 3년 동안 시청하거나 Spotify를 50년 동안 듣는 것과 같습니다. 설문조사가 완료되면 6천만 기가바이트 이상의 원시 데이터가 생성됩니다.

그러나 AI와 알고리즘이 먼저 사진을 분석하고 변화나 움직이는 물체를 찾아보고 발견되면 경고를 보내기 때문에 각 사진을 칠레에서 캘리포니아로 전송하는 데 60초밖에 걸리지 않습니다.

Higgs는 “우리는 망원경이 매일 밤 약 천만 번의 경고음을 울릴 것으로 예상합니다.”라고 말합니다. “경고는 하늘에서 변화하는 모든 것이며 태양계의 물체, 소행성, 초신성 등 모든 범위의 과학적 상황을 포괄합니다. 우리는 수백만 개의 태양계 별과 수십억 개의 은하계가 나타날 것으로 예상합니다. 머신러닝은 정말 필수적입니다.”

Higgs는 이 데이터가 매년 선별된 천문학자들에게 공개될 것이며, 2년 후에는 각 데이터 세트가 공개되어 전 세계 과학계가 연구할 수 있게 될 것이라고 말했습니다.

네 가지 주요 영역이 있습니다 연구 데이터가 다음을 다룰 것으로 기대됩니다: 여러 개의 새로운 천체와 Planet Nine으로 알려진 숨겨진 행성의 발견을 포함하는 태양계 목록 구축; 우리 은하 전체를 매핑합니다. 시간이 지남에 따라 위치나 밝기가 변하는 “과도”라고 불리는 특별한 종류의 물체를 탐색합니다. 그리고 암흑물질의 본질을 이해합니다.

“로빈이 훌륭한 결과를 얻을 것이라고 말할 수 있는 과학 분야는 아마도 10가지가 될 것입니다.”라고 Higgs는 말합니다. “내 생각에는 몇 달 안에 지금까지 관찰된 것보다 더 많은 I형 초신성이 있을 것입니다. 예를 들어 성간 물체에는 이제 두 개의 후보가 있지만 루빈은 이를 두 개에서 우리가 바라는 몇 개 이상으로 끌어올릴 것입니다.”

“우리가 몇 가지 일에서 통계적으로 큰 규모의 표본으로 갈 수 있는 영역이 많이 있으며, 그것이 할 수 있는 일의 과학적 영향은 엄청납니다.”

천문학계는 Vera Rubin Observatory에 대해 매우 기대하고 있다고 MIT의 물리학 교수이자 과학사 교수인 David Kaiser가 말했습니다. Kaiser에 따르면, 망원경은 우리 우주의 가장 완고하고 신비한 특징 중 두 가지인 암흑 물질과 암흑 에너지에 대한 오랜 질문을 명확히 하는 데 도움이 될 것입니다.

“베라 루빈 천문대(Vera Rubin Observatory)는 천문학자들이 암흑 물질이 정상적인 별빛의 경로를 어떻게 구부리는지를 기반으로 암흑 물질의 분포를 지도화할 수 있게 해줄 것입니다. 이 과정은 ‘중력 렌즈 현상’으로 알려져 있습니다.”라고 Kaiser는 설명합니다. “암흑 물질은 우주 전체에 어디에나 존재하는 것처럼 보이지만 밤하늘의 넓은 범위에서 시간이 지남에 따라 암흑 물질이 얼마나 뭉치거나 뭉쳐지는지 판단하는 것은 여전히 ​​어렵습니다.”라고 그는 덧붙였습니다. 암흑 물질 분포에 대한 더 많은 데이터를 수집함으로써 Vera Observatory는 Rubin이 천체 물리학자들이 그 특성을 발견하도록 도울 수 있습니다.

로빈이 풀 수 있는 또 다른 오랜 우주 미스터리는 플래닛 9(Planet Nine)을 찾는 것입니다. 이 주제에 관해 여러 학술 논문을 집필한 캘리포니아 공과대학 행성 과학 교수 콘스탄틴 바티긴은 망원경이 “9번째 행성을 직접 탐지할 수 있는 진정한 기회를 제공할 뿐만 아니라, 행성이 직접적인 관찰을 피할 수 있더라도, 구조에 대한 자세한 매핑 외부 태양계의 역학, 특히 작은 물체의 궤도 분포는 Planet Nine 가설에 대한 중요한 테스트를 제공할 것입니다. 즉, Vera Rubin Observatory는 외부 태양계에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으킬 것입니다. 그는 “게임 체인저”가 될 것으로 예상된다고 덧붙였습니다.

로빈에 대해 열정적이지 않은 천문학자는 거의 없다고 대학 강사인 케이트 배틀은 말합니다. University College London의 물리학 및 천문학과에서는 태양계에서 지구에 가까운 소행성을 추적하는 가장 지역적인 규모부터 우주 전체에 걸쳐 암흑 물질의 분포를 매핑하는 가장 큰 규모까지 크기 규모로 공간을 매핑하기 때문입니다.

“루빈은 하늘의 같은 부분으로 계속해서 돌아올 것입니다. 이는 천문학적 과도 현상 연구에서 새로운 지평을 열 것이라는 의미입니다. 변광성을 식별하고, 붕괴되는 초신성 잔해를 추적하며, 매우 높은 에너지 감마를 모니터링할 것입니다. 광선.” 매우 멀리 떨어져 있고 매우 활동적인 은하인 퀘이사의 광선 폭발과 뒤집기. 그렇게 함으로써 우주와 그 안에 있는 별과 은하계가 어떻게 진화했는지에 대한 전례 없는 통찰력을 제공할 것입니다.

예일 대학의 천문학 및 물리학 교수인 프리얌바다 나타라잔(Priyamvada Natarajan)에 따르면 루빈 천문대는 여러 면에서 기록을 깨뜨릴 것이며 전체 천문학계는 처녀 비행을 기다리고 있습니다. 이 조사는 은하계, 성단, 퀘이사, 초신성 및 감마선 폭발의 보물창고를 포함하여 가까운 우주에서 먼 우주에 이르기까지 많은 근본적인 공개 질문을 한 번에 해결하는 수많은 과학 프로젝트에 대한 데이터를 제공할 것입니다. 그리고 다른 이동 물체 – “이것은 또한 지금까지 비교할 수 없는 지구 근처 소행성과 카이퍼 벨트 물체(해왕성 궤도 밖의 얼음 물체 영역)의 재고로 태양계에 대한 우리의 시각을 날카롭게 할 것입니다. 간단히 말해서, 뭔가가 있습니다 우리는 그에게서 혜택을 받을 수 있어요.” “모두요.” 그녀가 말합니다.

그녀는 가장 흥미로운 발견은 망원경이 암흑 물질의 본질을 밝혀내는 것이라고 덧붙였습니다. – Vera Rubin을 확실히 기쁘게 할 발견입니다.

나타라잔은 “궁극적으로 1970년대 나선은하에서 암흑물질을 탐지한 그녀의 중요한 업적이 이러한 노력을 추진하게 됐다”고 말했다. “전망은 매우 흥미롭습니다. 그리고 확실히 혁명이 진행 중입니다.”