Wanneer het Vera C. Rubin Observatorium zijn nieuwe missie volledig start, verandert het de manier waarop mensen naar het heelal kijken. Het zal in de komende tien jaar ongekende beelden vastleggen van 20 miljard sterrenstelsels. Dat levert details op die nooit eerder zijn gezien en helpt de versnelde uitdijing van het heelal te begrijpen, met dagelijks meer dan 10 terabyte aan verwerkte data.
Het observatorium, gelegen op een berg met zeer donkere nachthemel, markeert een generatiesprong in de astronomie. De installatie is gebouwd om de raadselachtige aard van donkere energie te ontrafelen, die naar schatting 70% van de inhoud van het heelal vormt.
Een nieuwe generatie telescoop
Op de bergtop luidt het Rubin-observatorium volgens zijn wetenschappers een nieuw tijdperk in de astronomie in. De telescoop kan extreem brede en diepe opnames maken met een resolutie van 3.200 megapixels.
Het instrument bevat de grootste optische camera die ooit is gebouwd. Elke opname bestrijkt een gebied aan de hemel dat overeenkomt met veertig volle manen. De precisie is zo hoog dat je op 24 kilometer afstand nog het soort van een klein stuk fruit zou kunnen onderscheiden.
De eerste bijdrage van de telescoop is al zichtbaar in testbeelden die vorig jaar zijn gepresenteerd. Die lieten verschillende ontdekkingen zien: een zwerm eerder onbekende asteroïden, veranderlijke sterren in de Melkweg en zeer diepe beelden van groepen sterrenstelsels.
Dankzij deze technologische sprong kan Rubin vanaf deze week elke nacht honderden duizenden variabele hemellichamen publiceren. Zo wordt in bijna real time duidelijk hoe dynamisch het heelal is.
Het Legacysurvey van Ruimte en Tijd
De kern van het werk van Rubin in het komende decennium is het Legacysurvey van Ruimte en Tijd (LSST). Dit grootschalige onderzoek moet fundamentele vragen beantwoorden die met klassieke fysica op aarde niet zijn te reproduceren.
Door het systematisch in kaart brengen van de zuidelijke hemel krijgen de naar schatting honderd miljard sterren in onze Melkweg, plus de kleinere objecten in het zonnestelsel, een zichtbaarheid die in de wetenschapsgeschiedenis niet eerder is voorgekomen.
Een cruciaal kengetal van het project is de snelheid en hoeveelheid informatie. De Rubin-telescoop zal elke nacht ongeveer tien terabyte aan data opleveren. In één jaar tijd produceert het observatorium daarmee meer informatie dan alle eerdere optische observatoria samen.
Een ongekend grote hemelcatalogus
De catalogus van hemelobjecten krijgt een nooit eerder bereikte omvang. In ons zonnestelsel verwachten wetenschappers dat Rubin ongeveer 6 miljoen asteroïden zal identificeren.
Op schaal van de Melkweg zal de database beelden en gegevens bevatten van 17 miljard sterren. En op extragalactische schaal omvat het overzicht 20 miljard sterrenstelsels. Hetzelfde deel van de hemel wordt daarbij tot wel 100 keer per jaar gefotografeerd, zodat veranderingen goed te volgen zijn.
Binnen die enorme dataverzameling hopen onderzoekers onder meer de samenstelling en het gedrag van donkere materie en donkere energie beter te begrijpen. Het kwantificeren van de kosmische versnelling is daarbij een radicale stap. Recente waarnemingen suggereren dat de uitdijingssnelheid van het heelal mogelijk in de tijd verandert. Het bevestigen of weerleggen van die variatie bepaalt welke theorieën over de oorzaak van de uitdijing overeind blijven. Die uitdijing wordt voor ongeveer 70% toegeschreven aan donkere energie, waarvan de aard nog onbekend is.
Datastroom en technologische infrastructuur
Het dataniveau dwingt tot een transformatie van de technologische infrastructuur. Elke nacht, tien jaar lang, moeten tot tien miljoen afzonderlijke detecties automatisch worden geanalyseerd.
Om dat volume te verwerken zijn kunstmatige intelligentie en gedistribueerde computersystemen nodig. Die zijn ontworpen om de informatie in minuten te doorzoeken, te classificeren en te delen.
Gemeenschapsagenten als schakel
Voor de selectie en prioritering van interessante kosmische verschijnselen in deze massale datastroom is een specifieke strategie ontwikkeld. De Rubin-telescoop werkt met zeven zogenoemde gemeenschapsagenten. Dit zijn systemen die door internationale teams worden beheerd en fungeren als schakel tussen de ruwe data, de snelle analyse en de verspreiding naar het publiek.
Een van de belangrijkste agenten is Fink, een consortium van honderden wetenschappers en ingenieurs uit verschillende landen. Fink is gespecialiseerd in het in real time herkennen van de meest relevante verschijnselen.
Fink maakt gebruik van geavanceerde technologieën om tussen duizenden tot miljoenen gebeurtenissen aan de hemel te verwerken in tijdsbestekken van slechts enkele minuten. De infrastructuur lijkt in opzet op cloudcomputing-netwerken en verandert de manier waarop met astronomische data wordt gewerkt.
De gegevens die door Fink worden verwerkt, net als die van de andere gemeenschapsagenten, zijn online vrij toegankelijk via speciaal ontwikkelde portalen.
Burgerwetenschap: meedoen vanaf huis
Een bijzonder aspect van het Rubin-project is de grootschalige uitnodiging aan burgers om mee te doen. Iedereen kan vanuit huis actief bijdragen aan het analyseren van beelden en lichtflitsen uit het heelal.
De eerste lichtopnames van de telescoop zijn nu al te verkennen via gespecialiseerde toepassingen. Met hulpmiddelen als SkyViewer kunnen zeer diepe beelden worden bekeken, terwijl Orbitviewer het volgen van pas ontdekte asteroïden vergemakkelijkt.
Daarnaast zijn er twee platforms die de betrokkenheid van het brede publiek vergroten. Detectives de Diferencias Rubin laat gebruikers helpen om verschillen tussen opeenvolgende hemelbeelden te vinden. Atrapacometas Rubin nodigt deelnemers uit om nieuwe kometen te helpen opsporen in astronomische registraties.
Deze vormen van burgerwetenschap maken deel uit van de open datastrategie van de gemeenschapsagenten. Via het portaal van Fink kunnen gebruikers minuten na een waarneming al toegang krijgen tot de nieuwste detecties van Rubin.
Hoewel de ruwe data in eerste instantie minder spectaculair ogen dan klassieke astronomische foto’s, schuilt de wetenschappelijke waarde juist in de hoeveelheid en volledigheid. Ze bieden direct toegang tot het ontdekproces zelf en maken het mogelijk om de evolutie van het heelal nauwgezet te volgen.
