Ser på universet i sanntid
Bedre teknologi betyr at folk kan registrere mer data om hva som skjer i verdensrommet enn noen gang før. Det betyr også at vi ser ting vi aldri visste var der.
NASA/Sascha Grant/Flickr/The Atlantic
Selv om himmelen ser omtrent lik ut hver natt for de av oss her på jorden, skjer det konstant katastrofale ting i verdensrommet. Som akkurat nå og nå og også nå . Og for første gang i historien er astronomer som Simon Johnston og Emily Petroff i stand til å se handlingen på et splitsekund mens den går ned.
14. mai 2014 satt Johnston hjemme i Australia og opererte Parkes Radio Telescope fra sin personlige datamaskin. Observasjonene gikk søvnig, mens han så bølger av statisk elektrisitet på dataskjermen. Og så dukket det opp: et glimt av radiobølger som varte i bare 2,8 millisekunder, men som utløste mer energi enn solen gjør på en hel dag.
Et signal av denne typen - kalt en 'rask radioutbrudd' - er astronomiens unnvikende hvite hjort. Inntil tidligere samme år hadde deres eksistens forblitt et spørsmålstegn. Ingen hadde sett en skje. Helt til Johnston gjorde det. Med en gang fortalte han 12 teleskoper spredt over hele verden - følsomme for optisk, infrarød, gammastråling, røntgenstråling og radiostråling - om å svinge til samme sted på himmelen. Men hjorten var borte, etter å ikke ha etterlatt seg noen hovavtrykk.
Men å se det i naturen i det hele tatt var en stor sak, og noe vi bare har hatt verktøyene til å gjøre i noen år. Forskere vet fortsatt ikke hvorfor raske radioutbrudd skjer - bare at de representerer en raskere eksplosjon av energi enn mennesker noen gang tidligere har registrert i verdensrommet.
Hver gang du åpner opp ny parameterplass, finner du noe uventet.Vi har hatt et stort sprang i teknologisk kompetanse, sier Emily Petroff, hovedforfatteren på bursts oppdagelsespapir . Vi har et flott rack med datamaskiner som utfører nesten øyeblikkelig behandling av en enorm mengde data. Det flotte stativet kutter de 1024 forskjellige radiofrekvenskanalene i 32 mikrosekunders biter. For ordens skyld, det er 31 250 biter per sekund, mer enn 500 ganger raskere enn en HD-videos bildefrekvens, og produserer 48 megabyte med data hvert sekund. Dagens observatorier har ofte sine egne superdatamaskiner, som trakter, sorterer, stripper og kalibrerer for å produsere den kosmiske filmen mens den utspiller seg. Denne maskinvaren disker opp resultatene på en måte som en menneskelig astronom - hvis hjerne ikke kan parallellbehandle like effektivt som de grafiske prosesseringsenhetene (GPU-ene) som gjør alt mulig - kan fordøye.
Med andre ord, astronomi lager ikke bare glamourbilder lenger: Den lager biopics, og gir en mer realistisk skildring av hvordan kosmos virkelig er. I årtusener har astronomi stort sett føltes som studiet av statiske objekter, fordi vi lever i 85 år og stjerner noen ganger lever for 8,5 milliarder. Men dagens teleskoper og deres følgedatamaskiner (som astronomer kaller backends) viser oss et univers som også endres i timer, dager og millisekunder.
Astronomer kaller dette faget tidsdomene astronomi. Det åpner for en helt ny måte å se ting på, sier Petroff. Vi er så vant til å tenke på ting som skjer på milliard år – utviklingen av universet i det store bildet – men disse utbruddene lar oss se på universet i liten skala.
De første utbruddene som noen gang ble oppdaget, fikk imidlertid ikke en like varm velkomst som Petroffs sanntidsfunn gjorde. Astronomer (og ektemann-kone-duoen) Duncan Lorimer og Maura McLaughlin fant den første ved et uhell i 2007. De var i ferd med å finkjemme 30 år gamle data fra Parkes-teleskopet, bare på jakt etter nye pulsarer. Pulsarer er de supertette kjernene som er igjen etter supernovaeksplosjoner. Hver gang de snurrer rundt, skinner en stråle med radiobølger i jordens retning, akkurat som nærlyset til et fyrtårn. Noen ganger demonstrerer Lorimer dette for elevene ved å snu seg i sirkler mens han holder en meterstokk, mens de falmede T-skjortene hans (ofte screenprinted med svarte hull-vitser) flagrer rundt ham. (Jeg vet dette fra tiden jeg jobbet i National Radio Astronomy Observatorys utdanningsavdeling, hvor jeg hjalp til med å kjøre et program som lot studenter finne pulsarer i Green Bank Telescope-data. Det var der jeg først møtte Lorimer og McLaughlin.)
Anbefalt lesing
Pulsarer dukker opp i plott som den vanlige blip blip blip av hjerteslag på en monitor. Men mens han lette etter de kosmiske hjerteslagene, la Lorimer merke til noe rart: en enkelt, ikke-repeterende blikk. Eller faktisk en BLIP!!!!! . Den frigjorde like mye stråling på 5 millisekunder som solen gjør på en måned. Og det så ut til å komme fra 3 milliarder lysår unna – det vil si: måte, vei utenfor galaksen vår.
Og akkurat sånn ble den aldri sett igjen. Folk begynte å kalle det Lorimer-utbruddet. Andre astronomer begynte å publisere artikler om hva det kunne være: et opprinnelig sort hull? Spissen til en kosmisk streng? En ukjent reaksjon fra en supernovaeksplosjon? To nøytronstjerner som krasjer inn i hverandre? Dette er astronomiens X-Games.
Men tiden fortsatte å gå, som den pleier å gjøre. Og forskere begynte å tvile, som de pleier å gjøre, da ingen andre enn Lorimer kunne finne et Lorimer-utbrudd. Alt vi hadde var noen få millisekunders data fra slutten av 1990-tallet, McLaughlin tidligere fortalt meg .
Så, i 2011, tilbød en gruppe ledet av Sarah Burke-Spolaor, den gang en postdoktor ved Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization i Australia, en fantastisk alternativ teori: De eksotiske glimtene kan komme fra akkurat her på jorden. Teamet hadde funnet 16 Lorimer-lignende pulser, men viste at de bare var eksplosjoner fra jordens atmosfære - bare etterligne fjerntliggende signaler. Perytons, kalte Burke-Spolaor dem. (Navnet kommer fra en Jorge Louis Borges-historie, som refererer til en (fiktiv) hjort-fugl-hybrid – halvt jordbundet, halvt ikke.) Etter det sluttet mange mennesker å lure på Lorimer-utbruddet. På en konferansetale, ba et hekkende publikum til og med deltakerne om å rekke opp hendene hvis de trodde at Lorimer sprakk.
Men tre år senere, i 2014, erklærte den samme forskeren som hadde hånet utbruddet som en peryton at nå også hun hadde sett et millisekunder langt BLIP!!! . Og det var ikke en hjort.
Den sommeren fant et annet lag fire til. De hadde funnet en om gangen lenge, sier Petroff. Men da de fant fire i samme sett med data (og en fra et annet teleskop enn Parkes), kunne ikke neisayere for hånd vifte dem bort. Nå trodde alle på Duncans utbrudd, som de hadde omdøpt til de mer profesjonelle raske radioutbruddene, eller FRB-er for kort.
Omtrent samtidig som kollegene hennes begynte å utarbeide papiret med fire utbrudd, begynte Petroff på forskerskolen ved Swinburne University. Det ble min jobb å se etter flere av disse FRB-ene, sier hun.
* * *NASA/Grufnik/Flickr/The Atlantic
Vi vet fortsatt ikke hva i verdensrommet som virker så raskt – delvis fordi vi først nylig har evnen til å se himmelen endre seg så raskt. Ingen visste at Månen hadde kratere før Galileo rettet sitt nye, fancy teleskop – med høy romlig oppløsning – mot den. Ingen visste at FRB-er skåret gjennom verdensrommet før vi rettet våre enda nyere, mer avanserte teleskoper mot dem. Akkurat som Galileo ikke kunne gjette hvorfor månen har kratere før han visste at kratrene eksisterte, kunne moderne forskere ikke finne ut hvorfor FRB-er oppstår før de visste at FRB-er skjedde. Hver gang du åpner opp ny parameterplass, finner du noe uventet, sier Petroff. Jeg er villig til å tro at FRB-er kommer fra noe vi ikke har tenkt på før.
Historisk sett har vi gjort viktige oppdagelser i tidsdomenet i langsommere stil. I begynnelsen la folk som satt rundt og så besatt på himmelen at noen få lyse prikker beveget seg over himmelen raskere enn andre lyse prikker. Planeter! Noen ganger dukket det opp uklare striper som deretter forsvant. Kometer!
Ved å bruke en enhet som blinket mellom teleskopbilder av samme sted, som en (kjedelig) himmelsk Viewmaster, oppdaget Henrietta Leavitt i 1912 en type stjerne hvis varierende lysstyrke gir bort kosmiske avstander. Senere tillot disse stjernene Edwin Hubble å oppdage hva en galakse er, og at vi lever i en. Eksploderende supernovaer førte til oppdagelsen av mørk energi. Etterretningsanalytikere fant gammastråleutbrudd mens de spionerte på russiske kjernefysiske tester. Listen fortsetter, men jeg stopper.
Etter hvert som teknologien har blitt bedre, har tidsrommet vi kan skjelne blitt kortere. Der vi en gang fulgte planetenes bevegelser for hånd for å oppdage at de var planeter, måler vi nå andre til sekund hvordan vinden blåser på Mars. Der vi en gang ikke ville vært i stand til å se en 3 millisekunders utbrudd fordi vi bare tok data i 30-sekunders intervaller, ser vi det nå når det oppstår og kommanderer teleskoper rundt om i verden for å peke til samme sted.
'Dyp tid er så fremmed at vi egentlig bare kan forstå det som en metafor.'Dagens teknologi lar oss ikke bare se universet – den lar oss se universet skje. Og det er fryktinngytende.
Vi kan se planeter passere foran stjerner. Vi kan granske solens magnetsløyfer mens de floker seg sammen. Vi kan skyte en radar mot asteroider mens de glir mellom oss og månen. Vi kan til og med se asteroider krasje inn i hverandre i andre solsystemer. En gassskys nære møte med det sorte hullet i sentrum av galaksen vår? Astronomer stilte inn på det daglig som en sitcom.
Men selv den beste astronomen forstår egentlig ikke hva en milliard år er. Hvordan kunne noen av oss? En abstrakt, intellektuell forståelse av dyp tid kommer lett nok – jeg vet hvor mange nuller som skal plasseres etter de 10 når jeg mener milliarder, sa forfatter Stephen J. Gould. Å få det inn i tarmen er en helt annen sak. Dyp tid er så fremmed at vi egentlig bare kan forstå den som en metafor.
Metaforer som Cosmic Calendar of Cosmos berømmelse, for eksempel. Hvis du komprimerer universets historie til et år, ville Big Bang skjedd da ballen falt 1. januar, og den siste neandertaleren ville ha dødd klokken 23:59. den 31. desember. Det hjelper oss å se hvor lang tid generelt er, og hvor kort tid vi har.
Men det er også viktig å huske at med hvert kryss av den metaforiske (og den bokstavelige) andrehånden, blir universet et annet sted. Og nå med høyytelses backends kan vi faktisk finne ut hvordan veksten og endringen ser ut. Vi kan se hvordan mikrosekunder summerer seg til sekunder, sekunder til minutter, minutter til timer. Og kanskje en dag vil vi forstå hvordan timer blir milliarder og milliarder av år.
Kanskje for å forstå dyp tid, må vi først forstå grunne tider. Tross alt er det måten vi opplever vår egen eksistens på. Som Annie Dillard sa, hvordan vi tilbringer dagene våre er selvfølgelig hvordan vi bruker livene våre. Det samme gjelder universet og dets millisekunder.
