Oduvek se pitamo koje je poreklo svega oko nas.
To izučavaju sveštenici
i filozofi, pored nas naučnika.
Mi istražujemo ekstrasolarne planete u potrazi za poreklom života
i poreklom svemira...
pokušavamo da posmatramo svemir od njegovih početaka.
To je glavna motivacija za izgradnju većih i boljih teleskopa
i sve naprednijih instrumenata.
Iako svetlost putuje brzinom od 300.000 kilometara u sekundi,
svemir je toliko velik, da je svetlosti od nebeskih tela
potrebno mnogo vremena da stigne do nas.
Sunčevoj svetlosti je potrebno osam minuta da pređe 150 miliona kilometara
kako bi stigla do Zemlje,
dok je svetlosti sa najbliže zvezde, Proksime Kentauri, potrebno četiri godine.
Andromeda, naša susedna galaksija, udaljena je 2,5 miliona svetlosnih godina,
što znači da, kada pogledamo galaksiju Andromeda,
vidimo je onakvom kakva je bila pre više od dva miliona godina.
Na osnovu pokušaja posmatranja još udaljenijih galaksija
koje su od nas udaljene gotovo 13 milijardi svetlosnih godina,
možemo da se vratimo unazad i da pristupimo rađanju svemira.
Astronomi imaju detaljan pristup.
Jedino što možemo da posmatramo jeste svetlost.
Zapravo, radije bismo eksperimentisali kao drugi naučnici...
na primer, merili bismo težinu galaksije, ili bismo je zaustavili kako bi videli šta će se desiti,
ali naravno, ne možemo to da uradimo.
Naš jedini izvor informacija jeste svetlost.
Naravno, možemo da beležimo slike, da posmatramo oblik objekata,
da vidimo njihove boje,
ali na osnovu toga što svetlost šalje informacije
o atomima koji je emituju,
koristeći kvant energije ili kvantnu mehaniku
možemo učiniti i mnogo više.
Možemo pronaći potpis tih atoma, vrstu jedinstvenog genetskog koda,
i to je zaista sjajno,
pošto to znači da možemo da utvrdimo hemijski sastav,
fiziku gasa, čak i kretanje zvezda,
zahvaljujući Doplerovom efektu.
Instrumenti koji nam omogućavaju dobijanje informacija na osnovu analize svetlosti
se zovu spektografi i od ključne važnosti su za nas.
Otkako je dizajniran u 19. veku,
spektograf predstavlja osnovni alat za astronomiju.
U toku devedesetih godina, nova vrsta instrumenta
je dizajnirana u Evropi: 3D, ili integralni spektograf.
Po prvi put smo mogli da dobijemo spektar širokog nebeskog prostora,
koji sadrži mnogo astronomskih objekata.
Prva generacija instrumenata koja se zasniva na ovom konceptu
je sada instalirana na velikim teleskopima širom sveta.
Sa velikim brojem teleskopa u Čileu,
Evropska južna opservatorija, ili ESO,
vodeća je u evropskoj astronomiji.
Mnogi primeri prve generacije 3D spektografa
su već postavljeni na fokusu četiri Izuzetno velika teleskopa,
sa ogledalima prečnika od 8,2 metra, u opservatoriji Paranal.
Sa napretkom tehnologije, za otprilike deset godina,
biće moguće izraditi mnogo bolju kameru na mnogo boljem spektografu,
ugraditi je u teleskop i učiniti ga snažnijim,
ali za to je potrebno od pet do deset godina.
Početkom 2000. godine
u ESO-u smo planirali - moramo osmisliti nove,
snažnije instrumente, odnosno instrumente druge generacije.
Tender ESO-a nam je odmah dozvolio da pređemo na novi nivo
i da predložimo nešto što je zasnovano
na svemu što smo do tada naučili,
nešto sa mnogo većom ambicijom,
što znači da bismo mogli da posmatramo
udaljeni svemir, što nije učinjeno nikada ranije.
To je bio sami početak projekta „MUSE".
Ranije smo imali instrumente koji su na neki način funkcionisali kao i „MUSE":
integralne spektografe,
koji istovremeno beleže slike i spektar
i postoje već 20 godina,
i u Lionu, i na našem institutu u Potsdamu
i u ovakvim opservacijama su se pokazali kao veoma efikasni.
Međutim, novina koju „MUSE" uvodi
jeste kombinovanje ove mogućnosti
sa kapacitetom instrumenta za ispitivanje,
što znači da njime može da se posmatra veliki deo neba,
ne samo jedna galaksija,
već zaista veliki, bogati deo neba
sve to uz pomoć ovakve mogućnosti snimanja fotografija i spektroskopije.
Ovo je novi pristup u astronomiji.
„MUSE", Spektroskopski istraživač koji se sastoji iz više jedinica,
ne sastoji se samo od jednog 3D spektografa, već od 24.
Kada se teleskopom
uoči svetlost galaksije, tu stupa instrument,
prvi optički element sa kojom se svetlost susreće je derotator,
kojim se nadomešta rotacija Zemlje.
Stabilizovana slika se potom uvećava pomoću dva ogledala.
Potom zrak ulazi u prvi instrument za deljenje polja.
Slika galaksije se deli na 24 dela,
čime se dobijaju 24 odvojena optička zraka.
Ove zrake na 24 dela
dele ogledala i objektivi.
Svetlost se potom opet deli na osnovu drugog instrumenta za deljenje polja,
koji se zove rezač - remek-delo „MUSE-a".
Rezač se sastoji iz dva niza od 48 sferičnih ogledala,
koji zrak deli na 48 delova.
Svetlost koju svako malo ogledalo reflektuje ulazi u spektograf,
gde se širi u skladu sa svojom talasnom dužinom.
Detektor registruje spektar malog dela galaksije.
Ovaj proces se ponavlja za svaki od 48 zraka.
Detektor je onda u potpunosti osvetljen.
Ista stvar se istovremeno dešava
u svakom od 24 spektografa.
Rezultat - slika od 400 miliona piksela,
sadrži spektralne informacije o svakom delu galaksije.
Očigledno je da nijedna laboratorija ne bi sama mogla da preuzme projekat
koji je složen poput „MUSE-a",
za to niko ne bi imao snage ili sposobnosti,
tako da sam oformio grupu od evropskih laboratorija,
a sve one imaju stručnost potrebnu za ovakav projekat.
Pet laboratorija koje se bave istraživanjima su se pridružile
Centru za astrofizička istraživanja u Lionu
kako bi zajedno sa ESO-m izradili „MUSE".
Proces je započet 2004. godine, sa konceptualizacijom, dizajnom
i izgradnjom u koju su bili uključeni eksperti
iz oblasti optike, mehanike, elektronike i softverskog inžinjeringa.
Različite faze su trajale 9 godina, a u tome je učestvovalo na stotine istražitelja,
tehničara i inžinjera, koji su se udružili kako bi pobedili mnoge izazove,
naročito one koji se tiču izrade rezača,
ključne komponente „MUSE"-a.
Ono što morate da shvatite je da, na početku,
kada smo započeli projekat, kao što je često slučaj,
zapravo nismo znali kako da stvorimo ovaj rezač.
Napravili smo mali prototip, ali to je sve,
i za vreme trajanja projekta,
morali smo da pokažemo da smo mogli da uspemo.
Tako da smo pokrenuli veliki broj testova,
uz pomoć različitih tehnologija smo napravili veliki broj metalnih predmeta,
u optičkom polju, sa velikim brojem proizvođača,
u Evropi i Americi...
i nijednom nismo uspeli.
Svaki put nešto nije radilo, tako da smo u jednom trenutku
zaista pomislili da moramo da obustavimo projekat
- nema rezača, nema „MUSE-a".
Međutim, odjednom je proizvođač iz Francuske
osmislio tehnologiju
na osnovu koje smo konačno mogli da napravimo rezač,
i naravno, ne samo jedan, već 24!
Bili smo spašeni.
Sastavljanje „MUSE-a" je počelo 2010. godine u Lionu.
Hiljade komponenti je stiglo sa svih strana Evrope.
Bilo je potrebno tri godine za sastavljanje,
kalibrisanje, slaganje i testiranje instrumenta.
U septembru 2013. godine, nakon finalnih testova, rastavili smo „MUSE",
pažljivo ga spakovali i poslali u Čile.
„MUSE" je poslat u tridesetak kutija.
Nekoliko kamiona je stiglo u Paranal, a ono što na je brinulo je:
da li je sve stiglo u jednom komadu?
Zato što postoje jedinstveni delovi
i da se samo jedan deo slomio,
ne bi bilo vremena da se dovoljno brzo napravi novi,
tako da je to već bilo veoma stresno.
Ipak, sve je bilo u redu,
tako da je, nakon što su sve kutije
sa svim delovima raspakovane u Paranalu,
i kada smo videli da je sve u redu, trebalo ih je sve sastaviti,
testirati i složiti; a za „MUSE",
koji je jedan od najvećih instrumenata ugrađenih u Izuzetno velike teleskope,
zapravo najveći, ta faza je dugo trajala.
Ono što je zaista bilo stresno u ovom maratonu
jeste poštovanje vremenskih rokova.
Noći koje su nam bile određene za posmatranje neba
su bile ugovorene unapred,
i nikako nismo smeli da prekoračimo taj rok.
To je za nas bilo novo iskustvo, zato što smo u ranijim projektima
rastavljali instrumente,
sastavljali ih i ponovo rastavljali,
na teleskopu na platformi,
ali to nije moglo da se učini sa „MUSE-om"
zato što je previše kompleksan za ovakvo sastavljanje,
a posebno zbog svih sklapanja koje treba izvršiti u kupoli teleskopa.
Odlučili smo da ceo instrument podignemo
u kupolu,
a postoji samo jedan način da se u kupolu uđe sa velikim instrumentom,
a to je putem otvora za opservaciju.
Zamislite kako nam je bilo pre tog poduhvata...
Znali smo da je to ključni deo operacije
i da će vreme biti od velikog značaja,
pošto je trebalo da raspakujemo instrument
i ostavimo ga napolju pre instalacije teleskopa.
Naravno, kada je trebalo to da uradimo,
vetar je bio jak i bilo je uslova za kišu.
Stoga smo usporili i čekali,
sastali se, pogledali vremensku prognozu,
i odlučili da nastavimo.
Jedan od najvećih rizika je, naravno,
bio oštećenje instrumenta.
Tu je bio još jedan parametar: sklapanje.
Taj proces je izvršen u sali za sastavljanje i trajao je više od dva meseca,
i da je nešto sklopljeno na pogrešan način,
morali bi opet da ga skinemo.
Kada je podignut na petnaest metara iznad nas,
da budem iskren, mislio sam da
ću u tom trenutku biti izuzetno ushićen
i da ću se plašiti da će instrument da padne...
Još jedan važan element jeste činjenica da teleskop ima ogledala,
i imali bismo veliki problem sa ogledalima
ako bi ih obasjalo Sunce,
tako da smo sa podizanjem počeli u 5-5:30 ujutru.
Kada smo završili,
preostalo je samo deset minuta
da Sunce obasja glavno ogledalo,
i u tom trenutku smo morali da zatvorimo poklopac.
Ne samo da je to bio veoma osetljiv tehnički proces,
već smo ga morali obaviti u veoma kratkom vremenskom periodu.
Bio je to prvi put da svetlost,
sem ambijentalnog svetla ili svetla iz lampe za kalibraciju,
obasjava taj instrument...
svetlost zvezde iz galaksije, na primer.
Želeo sam da označim simboliku tog trenutka
odabirom posebnog objekta koji je bio skriven i tajan, tako da sam odabrao zvezdu „Kapetan".
Odabrao sam tu zvezdu jer je udaljena 13 svetlosnih godina,
što znači da je svetlost sa ove zvezde krenula 2001. godine,
baš kada smo mi dali ponudu za tender ESO-a.
Svetlost je putovala
13 godina kroz duboki svemir,
brzinom od 300,000 kilometara u sekundi,
i stigla je 13 godina kasnije u „MUSE-ov" kanal broj 6.
To je bilo izuzetno simbolično.
Ovo sam podelio sa timom
i takođe sam im rekao da sam tu zvezdu odabrao
zato što je svetlost sa te zvezde otišla pravo,
dok za nas to i nije bilo baš pravo.
Bila je to Prva svetlost,
i prvi put da smo snimili fotografiju neba.
Ja sam bila pod velikim pritiskom
zato što smo instalirali instrument
i potom nam je bila potrebna jedna sedmica da ga pravilno uskladimo sa teleskopom,
tako da, kada smo zabeležili prvu fotografiju,
to je takođe bila potvrda da je instrument
bio nasuprot teleskopa.
To je bio rezultat desetogodišnjeg rada i uspeli smo,
mogli smo da vidimo naše zvezde!
Bile su jasno izražene i mogli smo pravilno da ih posložimo.
Uspeli smo,
tako da smo mogli da predamo instrument naučnicima
i znali smo da će im biti izuzetno zabavno.
„MUSE" je bio postavljen, ali pre nego što je počeo sa radom,
trebalo je da prođe mnogo testova i podešavanja.
Ova faza, poznata kao „puštanje u rad",
iziskivala je mnoge noći provedene u prikupljanju podataka
tako da su inžinjeri i istraživači
mogli da dobiju optimalni performans „MUSE-a"
Na ovom ekranu možemo da vidimo
rekonstruisanu sliku nebeskog predela koji se posmatra.
Možete videti različite objekte koje smo označili,
i za svaki objekat
možete videti spektre na osnovu kojih imamo
karakteristike i znamo o čemu se radi...
da li je taj objekat galaksija, kvazar ili drugi objekat podložan naučnom istraživanju.
Jedan od velikih izazova ovog projekta je bila mogućnost
efikasne analize ogromne količine podataka
koju instrument obezbeđuje.
Vidite, instrument može da proizvede podatke u iznosu od 400 miliona bajtova po minutu.
Količina informacija može da bude velika,
ali ne radi se samo o veličini, već i o kompleksnosti.
Slika koja stiže u detektor
je prethodno nekoliko puta izrezana na manje delove
putem rezača i mehanizama za deljenje polja,
tako da je izuzetno komplikovana i potrebno je algoritamskim putem otkriti
šta se desilo na detektoru i to uporediti sa onim što je bilo na nebu.
Ono što „MUSE" u suštini stvara jeste velika količina podataka u pikselima na nekim detektorima,
a ako pogledate to, ne možete ništa razaznati.
Stoga, to je veoma komplikovan proces.
Imamo stručnjaka u timu
koji je sastavio ono što mi zovemo softverom za redukciju podataka,
koji u suštini sve te podatke u pikselima spaja kako bi sačinio
slike, spektre, kocku od kombinovanih podataka, i tako dalje.
U februaru 2014. godine, za vreme faze potvrđivanja,
„MUSE" je posmatrao maglinu Orion
kako bi testirao sposobnost analize velikog dela neba.
„MUSE-u" je trebalo manje od dva sata da snimi više od 60 slika magline,
tačnije 2 miliona spektara,
što je 100 puta više od onoga što je do tada bilo moguće.
Nakon obrade, podaci su složeni u kocku
koja se sastoji od niza od 4000 slika sa različitim talasnim dužinama.
Analizom ovih podataka otkriveno je nekoliko jasnih hemijskih elemenata,
kao i fizičko stanje gasa u maglini.
U poređenju sa jednostavnim slikama, kocka sa podacima koju stvara „MUSE"
je toliko bogata informacijama da će istražiteljima biti potrebno nekoliko mjeseci
da u potpunosti analiziraju njen sadržaj i objave rezultate.
Dakle,
zaista smo se nadali onome što smo postigli sa maglinom Orion,
postigli smo čak i više; to je bilo spektakularno.
Zbog toga što u maglini ima mnogo pokretnog gasa,
a tu su i zvezde - vrlo tople zvezde - koje pokreću ovaj gas
i čine da zrači u različitim delovima
elektromagnetskog spektra.
Ovo možete lako da vizuelizujete sa ovim šarolikim mapama,
a to smo mi kasnije i učinili.
I zaista, interesantno je što je ovo bio prikaz
mogućnosti „MUSE-a", ali takođe je
veoma bogat podacima od velike vrednosti za nauku.
Na svakih 6 meseci
članovi „MUSE-a" se sastaju za vreme „prometnih sedmica".
Za to vreme podnose izveštaj o statusu
programa za opservaciju i razgovaraju o najnovijim rezultatima.
Za vreme te sedmice, profesori, oni koji su na postdoktorskim studijama i studenti
različitih nacionalnosti se sastaju sa jednim ciljem:
da izvuku naučne informacije
iz svetlosti koju je „MUSE" analizirao i isekao.
Istražuju se brojne teme.
Ono što mene zanima jeste kako se galaksije,
poput našeg Mlečnog puta, vremenom menjaju,
kako se razvijaju, kako su nastale u ranom svemiru,
kako se razvijaju vremenom,
šta utiče na njihov razvoj, i tako dalje.
Znamo da je ključni deo toga
interakcija sa gasom u svemiru,
kako gas struji iz svemira u galaksiju
i to je onda gorivo na osnovu kojeg
jednog dana nastaju zvezde, poput Sunca.
Znamo i da se oko galaksija nalazi gas,
to je gas koji je preostao od Velikog praska.
To vidimo prilikom upijanja predmeta iz pozadine,
ali to za nas uvek predstavlja jednodimenzionalno istraživanje.
To je bukvalno kao igla u plastu stena.
Sa „MUSE-om" sada zapravo možemo da vidimo gde je gas,
i to trodimenzionalnim putem.
Stoga, ono što želimo da postignemo sa „MUSE-om" jeste razumevanje ovog procesa -
kako gas struji iz svemira u galaksije.
Rekao bih da su sveti grali moje oblasti istraživanja bili otkrivanje
ove mreže gasa za koju smatramo da je prisutna još od nastanka svemira,
iz koje se formiraju galaksije.
„MUSE" je zaista trenutno najbolji instrument
kojim možemo to da vidimo.
Posmatramo kvazare, takozvane kvazare,
koji su neki od najsvetlijih izvora u svemiru,
a kvazar je izuzetno velika crna rupa.
Gas ulazi unutra
zbog gravitacije veoma velike crne rupe,
i zbog tolike jačine gravitacije,
gas se kreće veoma, veoma brzo pri ulasku u crnu rupu.
Zbog tako brzog kretanja
prisutna je velika količina trenja između slojeva gasa
koji se kreću različitom brzinom
i gas postaje veoma vruć,
i dok postaje vruć, emituje velike količine radijacije.
Ove kvazare koristimo kao alate,
ne kako bismo izučavali njih same, već kao baterijske lampe.
Zbog toga što su toliko svetli da ih možete videti duž čitavog svemira,
vidite baterijsku lampu, i ako proverite šta gas,
na svom putu od kvazara do vas - teleskopa, posmatrača,
šta upija gas oko galaksije koja je između vas,
onda možete da saznate nešto o gasu koji okružuje tu galaksiju
koji samo tako možete da posmatrate.
Međutim, kako biste saznali kakve to veze ima sa ulivanjem i izlivanjem gasa u galaksiju,
morate da znate gde je galaksija i šta ju je blokiralo.
Nismo mogli da pronađemo te galaksije, samo one najsvetlije.
Sa „MUSE-om" smo mogli da pronađemo i one tamnije,
koje su za jedan ili dva stepena tamnije,
tako da možemo da pronađemo mnogo više galaksija.
Zapravo, shvatio sam da smo mogli da pronađemo onoliko galaksija
koliko smo linija upijanja mogli da vidimo,
tako da smo zaista mogli da povezujemo gas koji vidimo u upijanju
galaksija koje je „MUSE" otkrio
i na taj način, po prvi put,
da naučimo nešto o ulivanju i izlivanju gasa
iz udaljenih galaksija.
Te su galaksije važne,
zato što „udaljeno" u astronomiji znači vremenski staro.
Sa „MUSE-om" ovaj proces možemo da izučavamo u periodu
kada su galaksije bile najaktivnije u istoriji svemira,
a formirale su mnogo zvezda
što je prouzrokovalo velike eksplozije
koje su oduvale veliku količinu gasa u međugalaktički prostor.
Na Antarktiku buše led kako bi se klimatski vratili u prošlost,
a mi to isto činimo kada duboko prodremo u nebo.
Vraćamo se u prošlost.
Mene naročito zanimaju galaksije,
te velike grupacije koje se sastoje od miliona zvezda
i miliona galaksija u svemiru.
Želimo da znamo kada su nastale, kako su se razvijale,
tako da je to poput veoma dubokog bušenja svemira,
što znači da možemo da vidimo galaksije u njihovim različitim starosnim dobima,
kao novorođenčad, adolescente, odrasle i tako dalje...
i na taj način pokušavamo da saznamo njihovu priču.
„MUSE" je zaista savršen instrument za to.
Mislim da je to sjajno, zato što sam ranije želeo da budem arheolog,
i ponovo sam otkrio tu mladalačku ljubav.
Sa „MUSE-om" vršim arheološka istraživanja svemira!
U 2014. godini, odnosno u periodu od četiri noći,
„MUSE-om" smo posmatrali oblast Hablovog dubokog polja.
Ovo polje je 2000. godine
snimio svemirski teleskop Habl,
uz veoma dugu ekspoziciju
na osnovu koje je stvorio slike stotina galaksija u boji.
„MUSE-ova" kocka sa podacima iz ovog polja je prepuna informacija.
Dok pregledamo podatke iz kocke,
talasna dužina je sve veća, od plave do infracrvene.
Može se videti nekoliko svetlih tačaka
čija svetlost varira u pogledu talasne dužine.
To su uglavnom galaksije.
Na osnovu varijacija svetlosti
možemo da izvedemo fizičke osobine galaksija,
na primer kakve su zvezde u njoj prisutne.
Sada biramo mali deo kocke sa podacima, tačnije dve zone.
Prva je središte svetle galaksije. Druga je prazna.
Sa leve strane vidimo da se pojavljuje spektar.
Na 520 nanometara nalazimo svetlu liniju emitovanja svetlosti.
Na ovoj talasnoj dužini galaksija ima izrazit sjaj,
što pokazuje prisustvo vrelog kiseonika u galaksiji.
Na crvenom delu odjednom vidimo još jednu liniju, u drugom delu kocke.
Tu gde ranije nije bilo ničeg,
sada je otkrivena galaksija, zahvaljujući prisustvu jonizovanog kiseonika.
Na osnovu merenja precizne talasne dužine linije emitovanja svetlosti,
moguće je odrediti udaljenost galaksije.
Galaksija je izuzetno udaljena, i to 13 milijardi svetlosnih godina,
a mi smo je posmatrali samo milijardu godina nakon Velikog praska.
Kvalitet slika Habl teleskopa
nam omogućava da precizno vidimo galaksiju i njen oblik,
ali najznačajnija komponenta koju vidimo
jeste količina svetlosti koju ta galaksija prima u datom trenutku.
Uz pomoć spektara, takođe imamo energiju koju proizvodi ova svetlost,
sve njene talasne dužine i boje,
i pruža mnogo više informacija,
kao što je brzina rotacije ovih galaksija,
kretanje gasa, hemijskih elemenata,
i zvezde različite starosti - stare i mlade -
od kojih se sastoji galaksija.
Kada se sve ove informacije sjedine, omogućavaju nam da procenimo
u kojem je stadijumu razvoja galaksija.
Zahvaljujući „MUSE-u", mogli smo da izmerimo udaljenost
otprilike 180 galaksija u istom vidnom polju,
i otkrili smo oko 30 novih veoma udaljenih galaksija
u istom polju koje nismo mogli da vidimo uz pomoć Habla.
Svesni smo da smo napravili izuzetno lep instrument,
koji, pored nas,
i svi oni koji su ga zaista koristili
smatraju „Rols Rojsom" astronomije.
Nakon godinu dana njegove upotrebe, veliki broj članaka
na osnovu podataka ovog uređaja
su objavili uglavnom ljudi koji nisu bili deo „MUSE" tima.
Zaista je sjajno videti da ljudi koji nisu deo projekta
mogu lako da koriste ovaj instrument,
da dobiju rezultate, izvanredne rezultate - veoma brzo.
U 2014. godini sam doživeo zaista neverovatne trenutke.
To je bilo poput ostvarenja sna; bila je to ideja, samo plan koji je postao,
u stvarnosti, fantastična mašina za put u prošlost.
Bila je to tehnička, naučna i ljudska avantura.
Kroz tu avanturu sam upoznao neke izuzetne ljude,
izuzetne inteligencije, koji su bili posvećeni projektu,
i zajedno smo uradili nešto nesvakidašnje,
nešto što niko od nas ne bi mogao sam da uradi.
ESO i mi ćemo verovatno koristiti „MUSE" u narednih 10,
15 ili 20 godina,
tako da mislim da će „MUSE" ostati zapamćen
kao instrument koji je značajno doprineo naučnom otkriću.