Er Europa på vej ind i en astronomis guldalder?

Banebrydende opdagelser om gravitationsbølger, sorte huller, kosmiske stråler, neutrinoer og andre områder af banebrydende astronomi kan snart blive hyppigere på grund af konvergensen mellem to store samfund af astronomer i et nyt projekt.

Tidligere havde Europa to store samarbejdsnetværk for jordbaseret astronomi, der kørte i løbet af de sidste par årtier, kendt som OPTICON og RadioNet. Disse fokuserede på at observere astronomiske fænomener i separate bølgelængdeområder af det elektromagnetiske spektrum – førstnævnte ved optiske bølgelængder, i en del af spektret, der inkluderer synligt lys; og sidstnævnte ved længere radiobølgelængder.

Nu forenes disse to områder af astronomi i et projekt kaldet OPTICON RadioNet Pilot (ORP), et konsortium af astronomer fra 37 institutioner og 15 europæiske lande plus Australien og Sydafrika.

Med henvisning til sig selv som 'Europas største astronominetværk' blev initiativet oprettet i lyset af det stigende behov for astronomer for at have en række færdigheder inden for forskellige domæner og bruge komplementære teknikker til at forstå fænomener. Det samler også omkring 20 teleskoper og teleskoparrays, der ejes af medlemmer af konsortiet, med det formål at harmonisere metoder og værktøjer mellem de to domæner og åbne op for fysisk og virtuel adgang til faciliteter.

"Der er nogle mennesker, der er eksperter på begge områder, men det er forskellige samfund," sagde Dr. Jean-Gabriel Cuby ved det franske nationale center for videnskabelig forskning (CNRS) og Aix-Marseille Universitet og koordinator for ORP-projektet. 'Jeg blev uddannet som optisk astronom, og andre mennesker blev uddannet som radioastronomer. Nu skal vi også uddanne bølgelængde-neutrale astronomer.'

Han forklarede, at jo mere du kan observere om fænomener ved forskellige bølgelængder, jo mere af et billede kan du bygge. "Multi-bølgelængde astronomi handler om at observere på tværs af hele det spektrale domæne for at have så meget information som muligt," sagde han. 'Det lys, vi modtager i optiske bølgelængder og radiobølgelængder, kommer fra forskellige fysiske processer; så jo mere vi observerer med hensyn til bølgelængdedækning, jo mere lærer vi om de fysiske processer.'

Dr. Cuby sagde, at målet er at lette og fremskynde processen med at få teleskoptid til projekter, der kræver forskellige faciliteter - hvilket kan være en langvarig proces - hvilket gør det lettere for folk at lave mere ambitiøse projekter, som tidligere krævede en omfattende ledelsesindsats. .

Teleskopfaciliteterne omfatter f.eks. LOFAR, et transeuropæisk lavfrekvent radioteleskopnetværk baseret i Holland, og EVN, et netværk af radioteleskoper placeret hovedsageligt i Europa og Asien, med yderligere antenner i Sydafrika og Puerto Rico.

Alder med flere budskaber

Dr. Cuby uddybede, hvordan behovet vokser for at fremme harmonisering mellem domæner i den nuværende tidsalder af såkaldt multi-messenger astronomi. Dette involverer observation af forskellige 'budbringer'-partikler – såsom gravitationsbølger, neutrinoer og kosmiske stråler – der kan afsløre forskellige oplysninger om de samme kilder, hvilket potentielt giver hidtil uset indsigt i universet og dets oprindelse.

Harmonisering er også nøglen til tidsdomæneastronomi, som undersøger, hvordan astronomiske begivenheder varierer over tid. Begivenheder, der nu udforskes, er ofte forbigående, hvor mange, som hurtige radioudbrud, varer blot millisekunder. Indfangning af flere aspekter af dem kræver således hurtig indsættelse af teleskoper og faciliteter, som igen kan hjælpes af samarbejde. "Denne tidsdomæne-astronomi kommer til at eksplodere i de kommende år," sagde Dr. Cuby. 'Dette er virkelig astronomiens guldalder.'

Professor Gerry Gilmore, en kosmolog ved University of Cambridge, der er involveret i ORP som videnskabelig koordinator for OPTICON, uddybede yderligere. "Det er den slags videnskab, vi nu gør, hvor man opdager noget, der normalt er meget varierende, og meget ofte er det forbigående," sagde han. 'Det hele er overstået meget hurtigt, og du får ikke en chance mere. Så ønsker du at være i stand til at bringe hele rækken af ​​potentielle muligheder ind i at se på det særlige sted på himlen nu.'

Tidligere, sagde prof. Gilmore, at fange en forbigående begivenhed var afhængig af en enorm mængde held med at se på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt, men ORP giver en chance for at 'planlægge at være heldig' gennem mere målrettet indsats mellem forskellige forskere og åbner. op i 'opdagelsesrummet' i astronomi.

"Så snart teknologien blev tilgængelig til at begynde at lede efter begivenheder i kortere og kortere tidsskala, hey presto, opdagede vi, at de alle er der - universet er fyldt med ting. Og det er de mest ekstreme ting, der sker hurtigst.'

Gravitationsbølger

Meget af denne multi-messenger og tidsdomæne-astronomi er i sin vorden, men bliver åbnet op af fremskridt inden for teknologier og nye udrulninger af banebrydende observatorier rundt om i verden.

Et spirende område, som ORP håber vil blive ansporet af samarbejde, er gravitationsbølgerne. Først opdaget i 2015, er disse krusninger i rum-tid dannet af nogle af universets mest katastrofale begivenheder, såsom par af sorte huller, der kolliderer.

I november annoncerede et internationalt hold af astronomer påvisningen af ​​et rekordstort antal gravitationsbølger og tilføjede 35 nye observationer i løbet af cirka seks måneder for at bringe det samlede antal til 90 indtil videre. Resultaterne, mener de, vil hjælpe med at fremme vores forståelse af universets udvikling og emner som stjerners liv og død.

Med den relaterede undersøgelse, der viser mere end 1.600 forfattere fra alle verdenshjørner og udnytter omkring 100 jord- og rumbaserede instrumenter – inklusive synlige, infrarøde og radioteleskoper, neutrino- og gammastråleobservatorier og røntgeninstrumenter – afspejler det enormt omfattende samarbejde, der finder sted i moderne astronomi.

En af forfatterne, Dr. Sarp Akcay, en teoretisk fysiker ved University College Dublin i Irland, som ikke er involveret i ORP, sagde, at ORP-initiativet ser lovende ud til at inspirere til hurtigere opdagelser.

"Denne type samarbejde i stor skala vil være yderst nyttig for gravitationsbølgeastronomi, og endnu mere for såkaldt multi-budbringer-astronomi," sagde han. "Med flere teleskoper, der slutter sig til et globalt netværk, kan opfølgende observationer foretages hurtigere i fremtiden, hvilket øger vores viden om disse begivenheder."

Prof. Gilmore sagde i mellemtiden, at selvom ORP's hovedfokus er på inspirerende samarbejde frem for selv at udføre specifikke undersøgelser, er en testcase for projektet at kombinere søgningen efter sorte huller i de optiske bølgelængder og radiobølgelængder for at finde ud af mere om deres natur, præcis hvor almindelige disse objekter er, og om teorier om dem er korrekte.

Og med Mælkevejen alene menes at rumme millioner af sorte huller, som ofte dannes ved massive stjerners død, er der en enorm mængde at finde ud af. "Der er en håndfuld af dem, der er blevet observeret under meget specielle omstændigheder," sagde prof. Gilmore. 'Så vi har set toppen af ​​isbjerget, men vi forudser, at der er et enormt antal af dem.'

Langsigtet visning

Selvom det er tidlige dage for ORP, som blev lanceret i marts, og den nøjagtige måde, det udvikler sig på, er endnu uvist, håber Dr. Cuby og hans team, at piloten senere kan gå over i et bæredygtigt langsigtet projekt ud over dets nuværende planlagte varighed indtil begyndelsen af ​​2025. Målet er også at muliggøre åben adgang for dem rundt om i verden, hvilket udvider mulighederne for inddragelse af tidligere underrepræsenterede forskere og lande.

Prof. Gilmore sagde i mellemtiden, at de separate fællesskaber er blevet mere og mere konvergerende i de senere år, mens OPTICON- og RadioNet-projekterne allerede har etableret stærke samarbejdsnetværk i deres individuelle domæner over mange år. "Samfundet har ændret sig støt i løbet af de sidste par årtier," sagde han. 'Folk har dannet hold og brugt en række faciliteter til et givet videnskabeligt emne. Multi-bølgelængde astronomi er virkeligheden af ​​den måde, vi faktisk gør det på i disse dage.'

Med ORP-projektet sagde han:'Nu burde det være muligt for en gruppe unge, entusiastiske forskere bare at vælge deres leder, skriver hun forslaget, og ping-off the team goes'.

Professor Anton Zensus, videnskabelig koordinator for RadioNet i ORP-projektet, mener, at initiativet er et 'afgørende skridt' i at fremme astronomiområdet, der vil give et meget rigere billede af universet.

"Multifrekvent brug giver os mulighed for bedre at forstå universets hemmeligheder," sagde han. 'ORP vil tillade en hurtig reaktion på uventede og forbigående astronomiske fænomener på himlen, såsom gammastråleudbrud. Vi sigter mod at få et fuldt billede, der belyser alle aspekter af fænomener.'

Dr. Zensus tilføjede, at det at bringe radio- og optiske samfund sammen for at harmonisere astronomi er et "vigtigt skridt for at gøre det attraktivt for brugere fra alle astronomiske samfund" og hjælpe med at åbne dette videnskabsområde for ikke-specialistbrugere. "En multi-messenger tilgang vil uddybe vores forståelse af astronomi fænomener, og samtidig skabe nye spørgsmål og tilgange," sagde han.

Forskningen i denne artikel er finansieret af EU. Hvis du kunne lide denne artikel, så overvej at dele den på sociale medier.