Κοιτάζοντας μέσα στο Πρώιμο Σύμπαν
Από τις ιδιότητες της σκοτεινής ύλης μέχρι το πώς διαμορφώθηκε το σύμπαν λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, μερικά από τα παλαιότερα και καλύτερα κρυμμένα μυστικά του σύμπαντος θα μπορούσαν σύντομα να αποκαλυφθούν καθώς η κατασκευή προχωρά σε τρία «εξαιρετικά μεγάλα τηλεσκόπια», το καθένα με μια έκταση από καθρέφτες μεγαλύτερο από ένα γήπεδο μπάσκετ.
Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι τα ανταγωνιστικά τηλεσκόπια - όλα αναμένεται να λειτουργήσουν μέσα σε μια δεκαετία - θα τους επιτρέψουν να παρατηρήσουν το πρώιμο σύμπαν καθώς μεταβαλλόταν από μια ομοιόμορφα ζεστή και αδιαφανή αρχή σε μια δροσερή, δομημένη κατάσταση, στην οποία η ύλη συγκεντρώθηκε μέσα σε αντικείμενα, δίνοντας φως ελεύθερος να περιπλανηθεί στον κόσμο.
«Βασικά μιλάμε για το χάσμα μεταξύ 100 και 500 εκατομμυρίων ετών μετά την έναρξη του σύμπαντος. Αυτή είναι η εποχή που εμφανίστηκαν για πρώτη φορά τα πρώτα αστέρια και χημικά στοιχεία, οι μαύρες τρύπες και άλλα εξωτικά στοιχεία», δήλωσε ο Gerry Gilmore, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ.
Τα τεράστια τηλεσκόπια θα κοιτάξουν πίσω στο χρόνο σε κάποιο από τα παλαιότερα φως που εκπέμπεται ποτέ από αντικείμενα. Το σύμπαν φούσκωσε σαν την επιφάνεια ενός μπαλονιού λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, και μερικά μέρη εκτείνονταν τόσο μακριά από εδώ που οι πρώτες τους εκρήξεις φωτός μόλις τώρα φτάνουν. Η επίλυση αυτού του φωτός θα αποκάλυπτε τη δομή και τη χημική σύσταση των πρώτων αντικειμένων του σύμπαντος, τα οποία, όπως υποδηλώνουν αμυδρά εικόνες από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, αναπτύχθηκαν πολύ νωρίτερα από ό,τι προβλέπουν οι τρέχουσες θεωρίες. Καλύτερες παρατηρήσεις είναι πιθανό να οδηγήσουν σε νέες θεωρίες για τη γέννηση και την εξέλιξη του χώρου και του χρόνου, είπε ο Gilmore.
Με προβλεπόμενο κόστος που κυμαίνεται από 900 εκατομμύρια δολάρια έως 1,6 δισεκατομμύρια δολάρια το καθένα, το Τηλεσκόπιο Γίγαντα Μαγγελάνου, το Τηλεσκόπιο Τριάντα Μετρών και το Ευρωπαϊκό Εξαιρετικά Μεγάλο Τηλεσκόπιο — τα οποία θα έχουν τμηματικούς καθρέφτες με διάμετρο 24,5 μέτρων, 30 μέτρων και 39,3 μέτρων αντίστοιχα — θα είναι νάνος. τηλεσκόπια (το σημερινό μεγαλύτερο είναι 10,4 μέτρα). Θα είναι μεταξύ 5 και 200 φορές πιο ισχυροί, ανάλογα με το τηλεσκόπιο και την εργασία.
Πανεπιστήμια, κυβερνητικές υπηρεσίες και άλλοι επιστημονικοί οργανισμοί σε όλο τον κόσμο συνεισφέρουν κεφάλαια στο έργο της επιλογής τους με αντάλλαγμα ένα μελλοντικό μερίδιο χρόνου τηλεσκοπίου, εξήγησε ο Patrick McCarthy, αστρονόμος στο Carnegie Observatories στην Καλιφόρνια και διευθυντής του έργου GMT. Η κατοχή μεριδίου θα διασφαλίσει τη θέση ενός ιδρύματος στον τομέα για τις επόμενες δεκαετίες, σύμφωνα με αρκετούς αστρονόμους που δεν σχετίζονται με τα έργα. "Αν είσαι από τους ανθρώπους που δεν έχουν, πρέπει να βρεις κάτι άλλο να κάνεις για να παραμείνεις ανταγωνιστικός", είπε ο McCarthy.
Παρόλο που τα τρία έργα αναζητούν πρόσθετη χρηματοδότηση, βαδίζουν στα αρχικά στάδια κατασκευής. Οι μηχανικοί του έργου GMT ισοπέδωσαν την τοποθεσία τους στην κορυφή του βουνού στη Χιλή την περασμένη άνοιξη. Τον Οκτώβριο, ολοκλήρωσαν την κατασκευή του πρώτου από τους επτά κυρτούς καθρέφτες που θα σχηματίσουν το τμηματικό μάτι του τηλεσκοπίου. Εν τω μεταξύ, τα έργα TMT και E-ELT (που θα κατασκευαστούν στη Χαβάη και τη Χιλή, αντίστοιχα) κατασκευάζουν δοκιμαστικούς καθρέφτες. Και οι τρεις ομάδες έχουν αρχίσει να αναπτύσσουν τα όργανα τους.
Τα παρόμοια χρονοδιαγράμματα υπόσχονται έντονο ανταγωνισμό, και ωστόσο, με κάθε τηλεσκόπιο να διαθέτει μοναδικά πλεονεκτήματα μεγέθους ή σχεδιασμού, δεν έχει να κάνει μόνο με το ποιο θα ενεργοποιηθεί πρώτο. «Γνωρίζουμε ότι υπάρχει αρκετός χώρος ανακάλυψης εκεί έξω, ώστε αν είσαι τρία χρόνια αργότερα, δεν έχεις σπαταλήσει ούτε ένα δισεκατομμύριο δολάρια», δήλωσε ο David Silva, διευθυντής του Εθνικού Παρατηρητηρίου Οπτικής Αστρονομίας στο Tucson της Αριζ., μια εγκατάσταση που χρηματοδοτείται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, το οποίο βρίσκεται σε συνομιλίες με το TMT για τη δυνατότητα μελλοντικής συνεργασίας.
Τα τηλεσκόπια θα είναι αρκετά ισχυρά για να παρακολουθήσουν τη φασαρία και τη φασαρία άλλων κόσμων. "Η εξερεύνηση εξωπλανητών είναι μια περιοχή όπου μόλις χαράξαμε την επιφάνεια και θα ανοίξει διάπλατα με αυτά τα τηλεσκόπια", δήλωσε ο Roger Angel, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα που επιβλέπει την κατασκευή των κατοπτρικών τμημάτων του GMT. /P>
Τα τηλεσκόπια θα παρακολουθούν φασματικές αλλαγές που θα μπορούσαν να σηματοδοτήσουν εποχιακές διακυμάνσεις - και επομένως, μια ενεργή ατμόσφαιρα - σε πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από άλλα αστέρια. Θα μπορούσαν ακόμη και να ξεγελάσουν τις χημικές υπογραφές της εξωγήινης ζωής. «Η προσδοκία είναι ότι σε βιοχημικό επίπεδο, οι υπογραφές της ζωής θα είναι αρκετά καθολικές», είπε ο McCarthy. Ενώ το ρόβερ Curiosity αναζητά αυτές τις υπογραφές σκάβοντας στο έδαφος του Άρη, «θα κάνουμε το ίδιο πράγμα, αλλά θα το κάνουμε εξ αποστάσεως μέσω φασματοσκοπίας για εξωηλιακούς πλανήτες», εξήγησε.
Η ικανότητα παρατήρησης του σχηματισμού γαλαξιών και ο τρόπος με τον οποίο η ύλη συγκεντρώνεται σε όλο το σύμπαν θα βοηθήσει να τεθούν νέοι περιορισμοί στις ιδιότητες των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης — το αόρατο υλικό που θεωρείται ότι περιλαμβάνει το 84 τοις εκατό της ύλης στο σύμπαν.
Και παρατηρώντας γεγονότα στα πιο ακραία περιβάλλοντα του σύμπαντος - τις άκρες των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών - οι επιστήμονες σχεδιάζουν επίσης να δοκιμάσουν τους νόμους της γενικής σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής με άνευ προηγουμένου ακρίβεια. «Θα εξετάσουμε την ακτινοβολία που προέρχεται από τον αφανισμό των άστρων καθώς καταπίνονται από τη μαύρη τρύπα», είπε ο Γκίλμορ. «Το αν τα φωτόνια εμφανίζονται με ομοιόμορφο ρυθμό ή σε μικρές δέσμες μας λέει για τη δομή του χωροχρόνου γύρω από τις μαύρες τρύπες». Αυτό δεν ήταν ποτέ δυνατό πριν, είπε, «επειδή πρέπει να πας σπίτι πολύ κοντά στη μαύρη τρύπα, και έτσι χρειάζεσαι πολύ, πολύ υψηλή ανάλυση».
Αυτά τα σχέδια επόμενης γενιάς βασίζονται σε μια τεχνολογία που ονομάζεται προσαρμοστική οπτική, η οποία αφαιρεί τις παραμορφωτικές επιπτώσεις των αναταράξεων στην ατμόσφαιρα της Γης στο εισερχόμενο φως. «Χρησιμοποιείτε λέιζερ για να φτιάξετε τεχνητά αστέρια στον ουρανό και στη συνέχεια τα αντιμετωπίζετε ως αναφορές για να προσδιορίσετε τις αναταράξεις στη γραμμή όρασης του τηλεσκοπίου», εξήγησε ο Σίλβα. Δεκάδες φορές το δευτερόλεπτο, η μέτρηση αναταράξεων χρησιμοποιείται για την επανατοποθέτηση χιλιάδων ενεργοποιητών που είναι προσαρτημένοι σε εύκαμπτους καθρέφτες μέσα στο τηλεσκόπιο, αναδιαμορφώνοντάς τους για να ακυρώσουν την ατμοσφαιρική παραμόρφωση. Μικρότερες εγκαταστάσεις, συμπεριλαμβανομένων των τηλεσκοπίων Keck 10 μέτρων στη Χαβάη, χρησιμοποιούν ήδη προσαρμοστικά οπτικά. Η κλιμάκωση της τεχνολογίας για τηλεσκόπια δύο έως τέσσερις φορές μεγαλύτερης σε διάμετρο "είναι στο όριο ή πέρα από την αιμορραγία του υπολογισμού σε πραγματικό χρόνο", είπε ο Silva.
Εάν η τεχνολογία λειτουργήσει όπως σχεδιάστηκε, τα GMT, TMT και E-ELT θα επιλύσουν το οπτικό και το εγγύς υπέρυθρο φως - τους κυρίαρχους τύπους ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στο σύμπαν - τόσο έντονα σαν να επιπλέουν σε τροχιά. Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, το οποίο θα εκτοξευτεί το 2018 για μια πενταετή αποστολή με κόστος άνω των 8 δισεκατομμυρίων δολαρίων, θα συμπληρώσει αυτές τις παρατηρήσεις με μεγαλύτερη ευαισθησία στο μεσαίο και μακρινό εύρος υπέρυθρων. Ωστόσο, τα διαστημικά τηλεσκόπια είναι συνήθως μικρότερα, ακριβότερα και μικρότερης διάρκειας ζωής από τα αντίστοιχα γειωμένα.
"Δεν είναι αδιανόητο ότι αυτά τα επίγεια τηλεσκόπια θα έχουν παραγωγική επιστημονική διάρκεια ζωής έως και 50 χρόνια", είπε ο Silva.
Εκείνη την εποχή, το τρίο των τηλεσκοπίων θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει τα πεδία της αστρονομίας, της φυσικής και της κοσμολογίας. Εκτός από τα προγραμματισμένα πειράματα, οι επιστήμονες ελπίζουν να εκπλαγούν από απρόβλεπτες παρατηρήσεις που αλλάζουν το παράδειγμα, τον τρόπο με τον οποίο μια προηγούμενη γενιά τηλεσκοπίων τεσσάρων μέτρων ανακάλυψε στοιχεία ότι μια μυστηριώδης ουσία που ονομάζεται σκοτεινή ενέργεια διαπερνά το σύμπαν. Όταν ενεργοποιηθούν τα νέα τηλεσκόπια, ο McCarthy είπε, "θα περάσουμε αρκετή ώρα κοιτάζοντας απλά σε κάποιο κενό κομμάτι του ουρανού και βλέποντας αυτό που μπορούμε να δούμε που δεν έχει ξαναδεί."
