Přichází nová éra rádiové astronomie. Teleskop DSA slibuje pohled do vesmíru, jaký tu ještě nebyl

Na odlehlé poušti v americké Nevadě se připravuje stavba observatoře, která může zásadně proměnit způsob, jakým astronomové zkoumají vesmír.

Projekt Deep Synoptic Array (DSA) nebude největším radioteleskopem na světě, jeho síla ale spočívá v něčem jiném: v unikátní kombinaci mimořádné citlivosti, obrovského zorného pole a schopnosti zpracovávat data v reálném čase. Díky tomu bude schopen mapovat oblohu zhruba stokrát rychleji než současné radiové observatoře a přinese odpovědi na některé z největších otázek moderní astrofyziky – od vzniku galaxií přes záhadné rádiové záblesky až po gravitační vlny nebo případné stopy mimozemských civilizací.

1 650 antén uprostřed pouště

DSA vznikne v odlehlém nevadském údolí s mimořádně tmavou noční oblohou, kde rádiové rušení způsobené lidskou činností patří k nejnižším ve Spojených státech. Observatoř bude tvořena 1 650 parabolickými anténami o průměru přibližně šesti metrů, rozmístěnými na ploše přesahující 300 km².

Projekt vede Kalifornský technologický institut (Caltech) a financuje jej filantropická organizace Schmidt Sciences. Stavba by měla začít v nejbližší době a dokončení je plánováno na rok 2029.

Na první pohled mohou jednotlivé antény působit nenápadně, dohromady však vytvoří mimořádně výkonný přístroj. Podle členů vědeckého týmu nabídne dosud nejlepší kombinaci citlivosti – tedy schopnosti zachytit velmi slabé rádiové signály z obrovských vzdáleností – a současně mimořádně širokého zorného pole. Astronomové tak budou schopni sledovat velké oblasti oblohy najednou, aniž by museli obětovat kvalitu pozorování.

Revoluce ve zpracování dat

Právě způsob práce s daty představuje největší technologickou inovaci celého projektu. Běžná pole radioteleskopů ukládají surový signál z každé antény zvlášť. Teprve následně jej výkonné počítače spojují do výsledného obrazu. U soustavy o 1 650 anténách by však objem vznikajících dat dosahoval astronomických rozměrů – srovnatelných s veškerým internetovým provozem ve Spojených státech.

DSA proto zvolí zcela odlišný přístup. Signály ze všech antén bude spojovat a zpracovávat okamžitě během pozorování. Surová data, která nejsou potřeba, systém ihned vyřadí a uloží pouze výsledné vědecky využitelné informace. Tím dramaticky sníží nároky na ukládání dat i následné výpočty a zároveň umožní velmi rychle vytvářet ostré snímky oblohy.

Astronomové označují tento koncept za jakousi „rádiovou kameru“, která místo dlouhého následného zpracování pořizuje hotové snímky prakticky v reálném čase. Právě díky tomu bude DSA schopen prozkoumat oblohu přibližně stokrát rychleji než dnešní radiové observatoře.

Špičkové čipy i obyčejné formy na dorty

Projekt spojuje nejmodernější výpočetní techniku s překvapivě jednoduchými nápady. O výpočetní výkon se postarají nejnovější grafické procesory společnosti NVIDIA, které budou patřit k nejvýkonnějším svého druhu. Některé části samotných antén však vzniknou z výrazně prozaičtějších součástek.

Výzkumníci totiž využijí tisíce upravených hliníkových forem na dorty od americké společnosti Fat Daddio. Ty se ukázaly jako levné, kvalitní a snadno dostupné komponenty vhodné pro konstrukci přijímacích prvků antén. Místo nákladného vývoje speciálních dílů tak vědci využili již existující průmyslovou výrobu, čímž výrazně snížili náklady.

Hon na nejzáhadnější rádiové záblesky

Jedním z hlavních vědeckých cílů observatoře budou rychlé rádiové záblesky (Fast Radio Bursts, FRB). Jde o extrémně krátké, ale mimořádně intenzivní pulzy rádiového záření přicházející z hlubokého vesmíru. Přestože astronomové zaznamenali už tisíce těchto událostí, pouze u malé části z nich se podařilo přesně určit galaxii, ze které pocházejí. Jejich skutečný původ proto zůstává jednou z největších záhad současné astronomie.

DSA by měl během své činnosti lokalizovat desítky tisíc těchto záblesků. Tak rozsáhlý soubor dat může konečně ukázat, zda vznikají například při prudkých erupcích magnetarů – extrémně magnetických neutronových hvězd – nebo při srážkách dvojic neutronových hvězd.

Pulsary jako detektory gravitačních vln

Dalším důležitým úkolem bude sledování pulsarů, rychle rotujících neutronových hvězd, které vysílají pravidelné pulzy rádiového záření připomínající světelný paprsek majáku.

V roce 2023 oznámily mezinárodní týmy astronomů, že u desítek pulsarů zaznamenaly drobné odchylky v přesném načasování těchto pulzů. Jedním z možných vysvětlení je průchod velmi dlouhých gravitačních vln, které nepatrně deformují samotný časoprostor.

DSA bude tato měření významně zpřesňovat a pomůže rozhodnout, zda je tento signál skutečný. Pokud ano, mohl by pocházet například od dvojic superhmotných černých děr obíhajících kolem sebe v centrech galaxií.

Nevylučují se však ani mnohem exotičtější možnosti, například hypotetické kosmické struny nebo dozvuky bouřlivého období kosmické inflace krátce po vzniku vesmíru.

Může zachytit i signály mimozemských civilizací?

Schopnosti DSA ale zdaleka nekončí u exotických jevů. Observatoř bude sledovat vznik hvězd v mladých galaxiích, mapovat oblaka chladného plynu, z nichž se nové hvězdy rodí, a monitorovat prudké erupce v okolí superhmotných černých děr. Právě rádiové záření totiž často odhaluje procesy, které jsou v jiných částech elektromagnetického spektra skryté.

Díky rychlému mapování oblohy bude DSA také spolupracovat s dalšími observatořemi. Kdykoliv některý teleskop zaznamená neobvyklou kosmickou událost – například výbuch supernovy, srážku neutronových hvězd nebo jiný energetický jev – DSA může během krátké doby vyhledat její rádiový protějšek. Kombinace pozorování z různých druhů teleskopů dnes představuje jeden z nejrychleji se rozvíjejících směrů moderní astronomie.

Autoři projektu zmiňují ještě jednu možnost, byť spíše jako zajímavý vedlejší bonus. Pokud někde ve vesmíru existují technologicky vyspělé civilizace, které podobně jako lidstvo vysílají do okolního prostoru rádiové signály, mohl by je DSA teoreticky zachytit. Takové projevy bývají označovány jako technosignatury.

Pravděpodobnost jejich objevu je sice neznámá a zřejmě velmi malá, citlivost nové observatoře však bude natolik vysoká, že podobné pátrání bude možné provádět souběžně s běžným vědeckým programem.

Teleskop, který může změnit pravidla hry

Podle astronomů nebude největším přínosem DSA jediný konkrétní objev. Skutečně převratné observatoře totiž mění samotný způsob, jakým vědci vesmír pozorují.

Deep Synoptic Array nabídne zcela nový pohled na rádiovou oblohu – rychlejší, citlivější a mnohem komplexnější než kdykoli předtím. Stejně jako kdysi Hubbleův kosmický dalekohled nebo dnes observatoř Jamese Webba může otevřít cestu k objevům, které dnes ještě ani neumíme předvídat. A právě v tom spočívá jeho největší potenciál: neodpovědět pouze na známé otázky, ale odhalit i zcela nové.