Kamera som kommer att omvandla vårt förståelse av universum / kosmos

Det finns ett mysterium i hjärtat av fysiken. För två decennier sedan upptäckte kosmologer år 1998 att universum inte bara expanderar - en upptäckt av det tidiga 20-talet - men att den takt som den expanderar blir snabbare.

Det var inte vad de förväntade sig att hitta, men det gjorde en sorts mening. Om universums expansion accelererar måste det finnas en orsak; inte vet exakt vad det var, fysiker kallade det "mörk energi". Teorin interagerar mörk energi genom gravitation, sprids homogent genom universum och är inte särskilt tät. Om du sammanfaller alla de krafter som utgör universum, skulle det stå för 68,3 procent av materia och energi.

Redogöra för mörk energi, och vissa teorier om fysik börjar klicka. Det hjälper till att förklara den takt som galaxerna roterar och avslöjar en mer förnuftig ålder av universum - utan mörk energi, fann forskare att vissa stjärnor förmodligen var äldre än universum som helhet. Men nästan 20 år efter denna upptäckt, känner fysikerna fortfarande bara lite om det. För att lära sig mer har forskare från dussintals institutioner i 23 länder samarbetat för att skapa Large Synoptic Survey Telescope, en jätte digitalkamera som har befogenhet att fånga ljuset på flera miljarder svaga galaxer, miljontals ljusår borta.

"Alla befintliga teleskop med kameror byggdes före upptäckten av mörk energi", säger Paul O'Connor, en senior forskare vid Brookhaven National Laboratory. "Vi förväntar oss att LSST ska kartlägga hela himlen och ta reda på var allt det mörka materialet har gömt sig." O'Connor har arbetat med projektets kamerasensorer i mer än tio år och vid Atlas Obscura Total Eclipse Festival på söndagen, Han förklarade hur teleskopet, när det går i drift på ett berg i Chile, kan omvandla vår grundläggande förståelse för universum.

Under årtusenden har forskare och forskare tittat på natthimlen och registrerat sina intryck med den bästa tekniken som finns tillgänglig. Från och med 1800-talet började astronomerna ta bilder av stjärnorna och andra himmelska fenomen, med anledning av fotografering. år 1851 tog en daguerreotypist, Johann Julius Berkowski, det första fotot av en solförmörkelse. På 1920-talet använde Edwin Hubble vad som då var världens största teleskop för att fastställa att spiralnebula var helt andra galaxer, miljontals ljusår långt ifrån oss. Den mänskliga förståelsen av rymden förändrades; vi såg för första gången utrymmet av tomt utrymme, "betecknad av dessa skivformade församlingar av stjärnor, hundratals miljarder stjärnor, som är galaxerna", som O'Connor sätter det.

På 1970-talet skapade forskare vid Bell Labs en teknik som använde en "laddningskopplad enhet" för att fånga ljus som digitala bilder. År 1981 använde astrofotografen Jim Gunn en CCD-kamera för att skapa en 500 x 500 pixel bild av ett svagt stjärnkluster. Han kallade den kameran till en "nästan perfekt enhet". Den här teknologin, raffinerad, är det som slog av revolutionen i kamera med konsumentkvalitet och har gett oss de fantastiska bilderna i universum som fångats av Hubble-teleskopet och andra instrument. Idag finns det dussintals stora teleskop, med toppkamera CCD-kameror. Frågan för lagbyggnaden LSST, O'Connor säger är: "Varför ska vi göra det svårt att bygga en annan?" Vad kommer LSST att göra att befintliga kameror inte kommer att?

Om du tittade upp på himlen på en mörk natt kan du se 2.500 stjärnor med dina mänskliga ögon. LSST skulle se en miljard stjärnor, sade O'Connor i helgen, och de här stjärnorna skulle överträffas av avlägsna galaxer, tre till en. Kameraets synfält är tio kvadratgrader - ungefär storleken på en krona som hölls upp till himlen. "Varje fotografi vi tar av den storleken på himlen ger oss ytterligare en miljon galaxer", säger O'Connor.

Ett av LSST: s jobb är att kartlägga så många av dessa galaxer, över så bred en himmelregion som möjligt.

När LSST träder i drift, som är planerad till 2020, kommer det att spendera ett decennium som skannar himlen, om och om igen. Under cirka 3000 nätter kommer instrumentet att skanna och fånga varje lapp av himmel ett tusen gånger. "Vi ska verkligen göra en film av universum," sa O'Connor. LSST var speciellt utformad för att göra det möjligt, det har ett relativt brett synfält, det kan snabbt skanna varje litet snitt av himlen och det kan se djupt in i universets djup för att fånga de svagaste, avlägsna galaxerna.

Med de insamlade uppgifterna hoppas kosmologer börja bättre förstå mörk energi, den kraft som orsakar de avlägsna galaxerna att snabba bort från oss i allt större takt. Denna undersökningspost har potential att omvandla fysikens fält. "Universellens acceleration är tillsammans med mörk materia det observerade fenomenet som mest direkt visar att våra teorier om grundläggande partiklar och tyngdkraften är antingen ofullständiga eller felaktiga", skrev Dark Energy Task Force 2006. Genom att titta på dessa avlägsna galaxer och förstå mer om hur de rör sig kan forskare låsa upp grundläggande sanningar om tidens, rymdenas materia och de krafter som håller vår värld tillsammans, som hittills har undvikit vår förståelse.

Det är anledningen till att de bygger LSST. En av anledningarna, åtminstone.

*Korrektion: En tidigare version av den här historien gav det felaktiga århundradet för fotograferingens framtid. Det första fotografiet togs i början av 1800-talet, inte på 1700-talet.