De camera die ons begrip van het universum zal transformeren / kosmos

Er zit een mysterie in het hart van de natuurkunde. Twee decennia geleden, in 1998, ontdekten kosmologen dat het universum niet alleen uitbreidt - een ontdekking van het begin van de 20e eeuw - maar dat de snelheid waarmee het zich uitbreidt sneller wordt.

Dat is niet wat ze verwachtten te vinden, maar het was een beetje logisch. Als de expansie van het universum aan het versnellen is, moet er een oorzaak zijn; niet wetend wat dat precies was, noemden natuurkundigen het 'donkere energie'. In theorie werkt duistere energie samen door zwaartekracht, wordt homogeen verspreid door het universum en is niet bijzonder compact. Als je alle krachten samenvoegt die deel uitmaken van het universum, zou het 68,3 procent uitmaken van materie en energie.

Verantwoording voor donkere energie, en bepaalde theorieën over natuurkunde beginnen te klikken. Het verklaart de snelheid waarmee sterrenstelsels draaien en onthult een verstandigere leeftijd in het universum - zonder donkere energie ontdekten wetenschappers dat sommige sterren zogenaamd ouder waren dan het universum als geheel. Maar bijna 20 jaar na deze ontdekking weten fysici er nog maar een klein beetje over. Om meer te weten te komen, hebben wetenschappers van tientallen instellingen in 23 landen samengewerkt aan de Large Synoptic Survey Telescope, een gigantische digitale camera die het vermogen heeft om het licht van enkele miljarden zwakke sterrenstelsels te vangen, miljoenen lichtjaren verwijderd.

"Alle bestaande telescopen met camera's werden gebouwd vóór de ontdekking van donkere energie," zei Paul O'Connor, een senior wetenschapper aan het Brookhaven National Laboratory. "We verwachten dat de LSST de hele lucht in beeld brengt en ontdekt waar al die donkere materie zich heeft verstopt." O'Connor werkt al meer dan tien jaar aan de camerasensoren van het project en op het Total Eclipse-festival van Atlas Obscura op zondag, hij legde uit hoe de telescoop, wanneer hij in werking treedt op een berg in Chili, ons fundamentele begrip van het universum zou kunnen veranderen.

Al millennia lang hebben wetenschappers en wetenschappers naar de nachtelijke hemel gekeken en hun indrukken vastgelegd met de beste beschikbare technologie. Vanaf de 19e eeuw *, met de komst van fotografie, begonnen astronomen foto's te nemen van de sterren en andere hemelverschijnselen; in 1851 maakte een daguerreotypist, Johann Julius Berkowski, de eerste foto van een zonsverduistering. In de jaren twintig gebruikte Edwin Hubble de toen grootste telescoop ter wereld om vast te stellen dat spiraalnevels hele andere melkwegstelsels waren, miljoenen lichtjaren ver van de onze. Het menselijk begrip van de ruimte is veranderd; we zagen voor de eerste keer de omvang van de lege ruimte, "onderbroken door deze schijfvormige assemblage van sterren, honderden miljarden sterren, wat de sterrenstelsels zijn", zoals O'Connor zegt.

In de jaren 70 creëerden wetenschappers van Bell Labs een technologie die een "charge-coupled device" gebruikte om licht vast te leggen als digitale beelden. In 1981 gebruikte de astrofotograaf Jim Gunn een CCD-camera om een beeld van 500 bij 500 pixels van een zwakke sterrenhoop te creëren. Hij noemde die camera een 'bijna perfect apparaat'. Deze verfijnde technologie is de aanleiding geweest voor de revolutie in camera's van consumentenkwaliteit en heeft ons de verbluffende beelden gegeven van het universum dat is vastgelegd door de Hubble-telescoop en andere instrumenten. Tegenwoordig zijn er tientallen enorme telescopen, met CCD-camera's van de allerbeste kwaliteit. De vraag voor het team om de LSST te bouwen, zegt O'Connor, luidt: "Waarom gaan we de moeite van het bouwen van een ander?" Wat zal de LSST doen dat bestaande camera's niet?

Als je in een donkere nacht naar de hemel kijkt, zie je mogelijk 2.500 sterren met je menselijke ogen. De LSST zou een miljard sterren zien, zei O'Connor dit weekend, en die sterren zouden in de minderheid zijn van verre sterrenstelsels, drie tegen één. Het gezichtsveld van de camera is tien vierkante graden - ongeveer de grootte van een dubbeltje, tegen de lucht gehouden. "Elke foto die we van die afmeting van de hemel nemen, levert ons nog een miljoen sterrenstelsels op," zei O'Connor.

Een van de taken van de LSST is om zoveel mogelijk van deze sterrenstelsels, over een zo breed mogelijk gebied van de lucht, te onderzoeken.

Wanneer de LSST in werking treedt, die gepland is voor 2020, zal hij een decennium lang de hemel doorzoeken, telkens opnieuw. Meer dan 3000 nachten, zal het instrument elk stukje hemel duizend keer scannen en vastleggen. "We gaan echt een film maken van het universum," zei O'Connor. De LSST is speciaal ontworpen om dit mogelijk te maken - het heeft een relatief breed gezichtsveld, het kan elk klein stukje van de hemel snel scannen, en het kan diep in de diepten van het universum kijken, om de zwakste, verste sterrenstelsels te vangen.

Met de verzamelde informatie hopen kosmologen de donkere energie beter te begrijpen, de kracht die ervoor zorgt dat die verre melkwegstelsels in steeds sneller tempo van ons wegvluchten. Deze onderzoekslijn heeft het potentieel om het veld van de fysica te transformeren. "De versnelling van het universum is, samen met donkere materie, het geobserveerde fenomeen dat het meest direct aantoont dat onze theorieën over fundamentele deeltjes en zwaartekracht onvolledig of onjuist zijn", schreef de Dark Energy Task Force in 2006. Door naar deze verafgelegen sterrenstelsels te kijken en door meer te begrijpen over hoe ze bewegen, kunnen wetenschappers fundamentele waarheden ontsluiten over de aard van tijd, ruimte, materie en de krachten die onze wereld bij elkaar houden, die tot nu toe aan ons begrip ontsnapt zijn.

Dat is de reden dat ze de LSST aan het bouwen zijn. Een van de redenen, tenminste.

*Correctie: Een eerdere versie van dit verhaal gaf de verkeerde eeuw voor de komst van fotografie. De eerste foto werd genomen in het begin van de 19e eeuw, niet in de 18e eeuw.