Astronomija časovne domene bo spremenila naše razumevanje prostora

»To je pravi kraj, če delate astronomijo v časovni domeni,« pravi Andrej Prša, astronom na univerzi v Villanovi. Nanaša se na Hotwired 5, skratka za peto letno konferenco Hotwiring Transient Universe, ki se bo ta teden odvijala na Univerzi Villanova. Raziskovalci z vsega sveta se zberejo na enem mestu in razpravljajo o tem, kako bolje izpopolniti študijo prehodnih nebesnih in astrofizičnih pojavov.

Ampak kaj za vraga je "astronomija časovne domene?" In zakaj bi nas skrbelo?

Kot je povedal Prša, eden od organizatorjev Hotwireda, je astronomija časovne domene v bistvu proučevanje vsega v vesolju, ki je spremenljivka časa. To je širok spekter stvari, lahko pa so tudi pojavi, ki so občasno spremenljivi (in zato predvidljivi), kot so utripajoče zvezde ali zasenčene binarne zvezde; ali stvari, ki so divje in navidezno naključne, kot so rentgenske binarne datoteke, izbruhi gama žarkov, supernove, kataklizmične spremenljivke, gravitacijski valovi ali celo vedenje in gibanje bližnjih zemeljskih objektov, kot so asteroidi.

Na kratko, astronomija časovne domene se dejansko nanaša na raziskovanje vesoljske znanosti, ki ni nujno statična. »Kadarkoli želite raziskati variabilnost predmeta kot funkcijo časa, je astronomija časovne domene.«

Sliši se precej preprosto, če ne razumete, da je ena največjih omejitev pri študiju prostora povezana z dejstvom, da nimamo pogleda na vse naenkrat. Obstajajo teleskopi po vsem svetu, ki opravljajo raziskave nočnega neba in poskušajo ujeti signal ali zbrati podatke, povezane z zelo prehodnimi dogodki. Zvezda eksplodira - in morda boste imeli priložnost ujeti eksplozijo na najsvetlejši svetlobi. Ampak, če ste ves čas usmerjali objektiv v to smer, boste lahko zbrali le podatke, ki malo razkrivajo, kako se supernova odvija kot proces.

Hotwired je bila ustanovljena leta 2007, ko je spoznala, da »v astronomiji obstaja precej prehodnih fenomenov časovne domene, s katerimi enostavno nismo sposobni obravnavati hitrega odzivnega časa«, je dejal Prša. Nova tehnologija omogoča znanstvenikom, da odkrijejo omenjene pojave, kot se pojavijo, vendar ti instrumenti ne bodo prenehali izvajati nadaljnjih raziskav in zbirati več podatkov - preprosto nadaljujejo s svojim splošnim pregledom prostora.

»Da bi to rešili,« smo rekli, »smo se odločili, da se morajo ljudje, ki so na znanstveni strani prehodnih pojavov, in ljudje, ki so odgovorni za svetovne observatorije, zbrati in začeti govoriti o možnostih uvedbe robotskih teleskopov in hitrih spremljanje, da bi pokrili vrzel, ki jo imamo pri spremljanju teh prehodnih pojavov. “

Devet let pozneje ima Hotwired več kot 100 predstavitev in sej, na katerih sodelujejo astronomi in direktorji observatorijev z vsega sveta. Letošnji Hotwired je prvič na vzhodni obali.

Astronomija časovne domene ponuja ključ za nekatere najbolj zapletene probleme galaksije. »Pogosto sploh ne vemo, kaj povzroča te pojave,« pravi Prša. Na primer, izbruhi gama žarkov in gravitacijski valovi imajo dober model, ko lahko izvirajo (kot so združitve črnih lukenj binarnih sistemov), vendar še vedno nismo prepričani, katere vrste signalov proizvajajo na elektromagnetnem spektru in kako lahko jih najbolje izmerite. Ali ti pojavi proizvajajo modre valovne dolžine? Ali imajo emisije infrardečih signalov? Nihče še ne ve.

Cilj programa Hotwired je razviti odzivne sisteme, ki so bili skrčeni do 15 minut, od trenutka, ko je raziskava zaznala enega od prehodnih pojavov, do trenutka, ko mreža za spremljanje prejme obvestilo in lahko izda prekinitev trenutne operacije, tako da da lahko instrument takoj spremlja, kaj se imenuje „primer visokega znanstvenega profila“… v tem primeru, imamo najboljšo možnost, da ugotovimo, kaj se dogaja - tudi z zelo skrivnostnimi in zelo prehodnimi pojavi.

Morda je najboljši primer, kako bi to lahko delovalo, s stoletno skrivnostjo gravitacijskih valov - od tega sta zdaj dva potrjena odkritja, z drugo čakajočo detekcijo. Ampak ker so signali, ki smo jih posneli, minljivi, ne moremo dejansko postaviti teh podatkov v kontekst, ki nam pomaga razumeti jih onkraj enodimenzionalnega pogleda.

Iskanje elektromagnetnega nasprotnika za gravitacijske valove bi nam omogočilo, da razumemo, kdaj je verjetneje, da bodo ti valovi proizvedeni pri visokih signalih, in bolje opisali vrste nebesnih dogodkov, ki jih ustvarjajo.

Ampak ne bi smeli astronomijo s časovno domeno preganjati kot razlagalko gravitacijskih valov. Seveda, to je tisto, kar Prša imenuje »najbolj vroča stvar na bloku« za nastajajoče področje, toda verjetno je obilo nebesnih pojavov, o katerih niti ne vemo, ki bi lahko imeli koristi od razlage časovne domene. Vzemite naše tresoče razumevanje izbruhov gama žarkov ali binarnih zveznih interakcij, ki so Pršini lastni raziskovalni interes in bi lahko bile pomembne za razumevanje planetarne formacije v zvezdnih sistemih, kot je Alpha Centauri. »Vidimo tako raznolik spekter tem,« pravi Prša.

Astrofizika je tradicionalno trpela kot razdeljena skupnost, kjer so skupine poskušale razložiti neskončne skrivnosti vesolja z majhnim soglasjem. In če se Hotwired izkaže za uspešnega pri združevanju neskladnih skupin s časovno domeno astronomijo, bi lahko bila naša celotna zamisel o tem, kaj mislimo, ko gre za naše vesolje, za vedno zavezana Pršinim idejam o spremembi igre.