Rubin-observatoriet påbörjar sin kartläggning av universum – nu startar arbetet på Oskar Klein center

Kartläggningen LSST

Rubin-teleskopet, beläget på Cerro Pachón i norra Chile, har påbörjat vad forskarlaget beskriver som den längsta astronomiska filmen som någonsin tagits. Istället för att ta enstaka bilder av natthimlen så kommer teleskopet svepa över hela den södra stjärnhimlen gång på gång (med några dagars mellanrum). Detta kommer göras under tio år, vilket innebär att varje del av himlen kommer att observeras runt 800 gånger. Genom att lägga samman alla observationer kan man då skapa en time-lapse-video av hur universum förändras.

Även hur stor del av natthimlen som observeras är unik. Kameran på Rubin har totalt 3200 megapixlar, vilket gör det till den största digitalkamera som någonsin byggts, och tar bilder ungefär var 40:e sekund. Varje natt samlar den in i storleksordningen 40 terabyte av data. Denna enorma datamängd är omöjlig för en människa att sortera och klassificera, istället använder man sig av datorer och så kallade mjukvaru-“brokers”, som automatiskt kan uppmärksamma forskarna när objekt på natthimlen flyttar på sig, blir ljussvagare, eller ljusstarkare. När kartläggningen är färdig om tio år förväntas databasen innehålla miljardtals av objekt. Redan under testfasen, som teleskopet gått igenom innan kartläggningen formellt startat, kunde Rubin identifiera fler än 11 000 tidigare okända asterioder under sex veckor av observationer.

Observatoriet är namngivet efter Vera Rubin, vars observationer av galaxer gav de första bevisen för att större delen av galaxers massa är i from av mörk materia.

En ny era för Oskar Klein center

För ett år sedan, när de de första testbilderna från Rubin blev tillgängliga, påbörjades en ny fas i arbetet vid OKC. Arbetet med förberedelserna och testbilderna gjordes möjligt med ett forskningsanslag från Knut och Alice Wallenberg-stiftelsen på 30 miljoner kronor, där fysik- och astronomi-institutionerna gick samman och ansökte om pengar. När nu kartläggningen börjar på riktigt kommer dessa förberedelser till användning.

För Ariel Goobar så är det största målet starkt gravitationslinsade supernovor – exploderande stjärnor vars ljus passerar massiva galaxer på sin väg mot oss. Gravitationskrafterna från galaxen böjer och förstärker ljuset på samma sätt som en glaslins skulle göra, och kan dessutom dela upp ljuset i flera olika bilder som kommer fram till oss vid olika tidpunkter. Skillnaden i tid mellan de olika bilderna kan användas för att mäta hur snabbt universum expanderar. Goobar har spenderat flera år på att räkna ut hur många sådana supernovor LSST borde observera, och om beräkningarna stämmer kommer vi att se många fler än vad vi tidigare har sett (se länkar nedan).

“Innan LSST har vi hittat fyra såna här supernovor under sju års observationer”, säger Goobar. “Med LSST förväntar vi oss hitta ungefär en kandidat per vecka, men av varierande kvalitet så vi väljer de bästa för att kunna göra precisa mätningar.” Han förväntar sig att LSST:s observationer av de här supernovorna kommer hjälpa till att lösa problemet med den så kallade Hubble-avvikelsen (“Hubble tension”). Denna avvikelse beskriver det besvärliga faktumet att två olika sätt att bestämma universums expansionshastighet ger svar som inte stämmer överens – lite som att två välkonstruerade linjaler skulle ge olika svar på hur långt ett bord är. “Med precisionen teleskopet kommer ge oss kommer vår förståelse för stjärnexplosioner att gå igenom en renässans.”

Hans kollega Jens Jasche, universitetslektor i observational kosmologi vid Institutionen för Fysik och OKC, kommer att arbeta med supernovor med Goobar, men också med att försöka rekonstruera hur galaxer i det tidiga universum utvecklades.

Målet för hans studier är att se om kosmiska strukturer växer på det sätt som Einsteins gravtitationsteorier förutsäger. Hans forskargrupp har även skapat en digital tvilling av den så kallade Lokala gruppen – en detaljerad modell av Vintergatan och dess närmaste grannar – för att få svar på frågan varför galaxerna i vår närhet ligger i ett plan istället för att vara utspridda runt omkring. LSST kommer att kunna detektera fler av de mycket ljussvaga små galaxerna i vår närhet för att skapa en bättre bild av vårt eget lilla hörn av universum.

Azadeh Fattahi, biträdande lektor vid Institutionen för Fysik, studerar ljussvaga dvärggalaxer – de minsta galaxerna vi känner till. Dessa galaxer domineras av mörk materia och är, i standardmodellen för universum, de byggbitar som större galaxer formas från. Observationer av dem kan också användas för att försöka förstå vad mörk materia är. LSST är ett utmärkt instrument för att hitta dessa galaxer som annars ofta missas till och med av andra modern teleskop. I kartläggningen förväntar man sig hitta hundratals, om inte tusentals, av dvärggalaxer i det närbelägna universum vilket kommer göra det möjligt att göra nya tester på våra modeller av mörka materia.

Matthew Hayes, professor i astronomi vid Institutionen för astronomi, jobbar med hur galaxer utvecklas och växer och kommer också att använda observationer av dessa mycket ljussvaga dvärggalaxer.

Arthur Loureiro är forskare på Oskar Klein center och arbetade tidigare som projektforskare på LSST:s forskningsgrupp för mörk energi (LSST Dark Energy Science Collaboration) under två år. Hans forskning handlar om hur LSST:s enorma kartläggning kan hjälpa till att bestämma massan av neutriner, en av de lättaste och mest svårdetekterade elementarpartiklarna vi känner till, genom att kombinera data från kartläggningen med observationer av den kosmiska bakgrundsstrålningen. (Han har även utvecklat verktyget Smokescreen, som hjälper till att göra kosmologiska analyser av LSST-data).

“LSST kommer att göra många stora upptäckter”, säger Jasche. “När vi börjar använda ett nytt stort teleskop hittar vi alltid nya saker, sånt vi inte ens letade efter. Det är en extremt stort datamängd och ett internationellt forskarlag fyllt av kreativitet från tusentals personer som arbetar med olika vetenskapliga projekt. Resultaten från LSST kommer att fylla böcker med kunskap.” Han lägger till att hanteringen av data på den här skalan också kommer att innebära utvecklandet av nya metoder vilket inkluderar data-inlärningsmodeller som skapats för detta ändamål.

Arbetet börjar nu

Under det senaste året så har forskarna på OKC gjort sig redo; de kommande åren kommer spenderas på att utforska de nya data som Rubin samlar in. Teleskopet är ett instrument som delas av tusentals forskare världen runt, och centrets bidrag är en liten men viktig del av detta – supernovor och universums expansionshastighet, hur galaxer rör sig och får sin form, dvärggalaxer med mörk materia, och hur galaxer bildas. Inga av de vetenskapliga resultaten kommer färdigt, kartläggningen ger data men det är upp till forskarna att stå för den vetenskapliga analysen.

Professor Jesper Sollerman vid Institutionen för astronomi och OKC forskar på supernovor. Han har stora förhoppningar för kartläggningen. “Jag ser fram emot en tsunami av nya supernovor att studera!”

Vi kommer tillbaka om ett halvår för att se hur det har gått.