Cel mai ambițios studiu al cerului ar putea dezvălui misterele materiei și energiei întunecate

În inima Munților Anzi, în nordul Chile, se află unul dintre cele mai avansate observatoare astronomice din lume: Observatorul NSF-DOE Vera C. Rubin. Acesta va deveni, în curând, epicentrul unei revoluții în studiul cosmosului, în cadrul proiectului Legacy Survey of Space and Time (LSST). Echipat cu un telescop inovator și cu cea mai mare cameră digitală din lume, Observatorul Rubin este pregătit să desfășoare o cercetare de o amploare nemaiîntâlnită, care ar putea dezvălui răspunsuri la unele dintre cele mai mari mistere ale științei contemporane: natura materiei și energiei întunecate.

Pe parcursul a zece ani, LSST va captura 5,5 milioane de imagini detaliate ale cerului, o cantitate imensă de date care va transforma înțelegerea noastră despre univers. Proiectul va depăși cu mult orice cercetare similară anterioară, adunând un volum de informații care va deschide noi orizonturi în domeniul astronomiei și cosmologiei. Această vastă colecție de date va permite cercetătorilor să studieze cu precizie galaxiile, structurile interstelare și chiar fenomenele misteriose, precum energia și materia întunecată, două componente fundamentale ale Universului despre care știm foarte puține.

În cadrul proiectului, cercetătorii colaborează cu specialiști din diferite colțuri ale lumii pentru a analiza aceste date și pentru a testa teoriile existente despre univers. Printre cei mai implicați se află echipa LSST Dark Energy Science Collaboration (DESC), formată din oameni de știință de la Laboratorul Național Argonne al Departamentului pentru Energie al SUA (DOE). Acești cercetători lucrează pentru a identifica semnătura materiei și energiei întunecate și pentru a găsi răspunsuri la întrebări esențiale precum: Ce sunt aceste entități misterioase care formează 95% din Univers? Cum influențează ele formarea și mișcarea galaxiilor?

Deși materia și energia întunecată reprezintă o mare parte din Univers, ele rămân în mare măsură un mister. Astronomii pot observa efectele lor, cum ar fi mișcările neobișnuite ale galaxiilor sau expansiunea accelerată a spațiului, dar nu pot detecta direct aceste fenomene. Energia întunecată, de exemplu, este responsabilă pentru accelerarea expansiunii universului, iar materia întunecată influențează modul în care se formează și se mișcă structurile cosmice. Cu toate acestea, până în prezent, nu avem indicii clare despre natura lor fizică. „În acest moment, nu avem niciun indiciu cu privire la originile lor fizice, dar avem teorii”, a spus Katrin Heitmann, director adjunct al diviziei de fizică a energiei înalte de la Argonne.

Pentru a înțelege mai bine aceste teorii, cercetătorii de la Argonne utilizează supercomputere de ultimă generație, inclusiv Aurora, una dintre primele mașini exascale din lume. Aceste calculatoare sunt capabile să efectueze un quintilion de operații pe secundă, ceea ce permite simularea unor volume uriașe ale universului. Folosind această putere de calcul, oamenii de știință pot crea modele ale evoluției universului pe baza diferitelor ipoteze legate de materia și energia întunecată. Aceste simulări vor fi esențiale pentru a corela teoriile cu semnăturile observabile în datele adunate de LSST.

De exemplu, cercetătorii de la Argonne au colaborat cu echipele din spatele telescopului spațial Nancy Grace Roman al NASA pentru a simula imagini ale cerului pe care LSST le va captura. Aceste imagini simulate sunt folosite pentru a testa software-ul care va procesa datele reale. În acest fel, cercetătorii pot valida codul și se pot asigura că analiza viitoarelor imagini se va face corect, punând un accent deosebit pe detectarea semnalelor slabe, cum ar fi efectul lentilei gravitaționale slabe.

Lentilele gravitaționale slabe reprezintă un fenomen în care lumina galaxiilor îndepărtate este distorsionată de masele masive aflate pe traiectoria sa, un efect prevăzut de teoria relativității generale a lui Einstein. Acest fenomen poate fi utilizat pentru a investiga nu doar structura mare a universului, dar și pentru a aduna indicii despre energia întunecată. Problema principală este că semnalele asociate lentilelor gravitaționale slabe sunt foarte subtile, cu o intensitate de aproximativ 30 de ori mai mică decât zgomotul de fundal al datelor, ceea ce face detectarea lor extrem de dificilă. În ciuda acestei provocări, echipele de cercetători sunt încrezătoare că, prin acumularea unui volum masiv de date de la LSST, vor putea să obțină măsurători precise și să valideze teoriile lor.

Pentru a face față acestei provocări uriașe, LSST va genera aproximativ 60 petabytes de date de imagine pe parcursul celor zece ani de observații. Aceasta este o cantitate imensă de informație, echivalentă cu 60 de milioane de gigabytes. Pentru a pune acest lucru în perspectivă, ar fi nevoie de peste 11.000 de ani de vizionare continuă a unui serviciu de streaming precum Netflix pentru a consuma întreaga cantitate de date. Acest volum uriaș de informație va fi procesat și analizat pentru a ajuta oamenii de știință să descopere noi perspective asupra cosmosului.

Prin aceste simulări și prin analiza datelor, Observatorul Rubin și LSST promit să adâncească înțelegerea noastră despre Univers. Odată ce proiectul va începe să furnizeze date reale, cercetătorii vor putea să pună la încercare teoriile existente despre materia și energia întunecată și să identifice noi direcții de cercetare. Acest studiu ambițios are potențialul de a revoluționa cosmologia modernă, oferind răspunsuri la întrebări fundamentale despre natura Universului.