Na pustyni Atakama stanął FYST, nowy teleskop submilimetrowy, który ma badać pierwsze galaktyki, ciemną materię i ślady najwcześniejszych epok kosmosu. To jedno z najwyżej położonych naziemnych obserwatoriów świata.
Na szczycie Cerro Chajnantor w chilijskiej Atakamie stanął właśnie Fred Young Submillimeter Telescope, w uproszczeniu FYST. To nowy teleskop, który ma patrzeć tam, gdzie zwykłe obserwacje optyczne i wiele klasycznych radioteleskopów nie sięga wystarczająco dobrze. Instrument zaprojektowany został do pracy w zakresie submilimetrowym, czyli w części widma szczególnie przydatnej do badania zimnego gazu, pyłu kosmicznego, narodzin gwiazd, ewolucji galaktyk i bardzo wczesnych etapów historii Wszechświata. Pierwsze światło, czyli rozpoczęcie rzeczywistych obserwacji naukowych, jest spodziewane w 3. kwartale 2026 r.
To nie jest zwykły teleskop. FYST patrzy w paśmie, które dosłownie odsłania ukryty kosmos
FYST jest teleskopem submilimetrowym o średnicy 6 m. To znaczy, iż obserwuje promieniowanie o długościach fal krótszych niż 1 mm, na pograniczu dalekiej podczerwieni i fal radiowych. To właśnie w tym zakresie bardzo dobrze widać zimny pył i gaz, czyli materiał, z którego rodzą się gwiazdy i galaktyki. Taki teleskop nie ogląda kosmosu jak aparat fotograficzny w świetle widzialnym. On rejestruje sygnał z dużo chłodniejszych i często bardziej ukrytych struktur. Dzięki temu może zajrzeć w rejony zasłonięte pyłem, gdzie zwykłe obserwacje optyczne są po prostu praktycznie ślepe.
Oczywiście FYST nie zobaczy dosłownie chwili Wielkiego Wybuchu. Tego nie potrafi żaden teleskop. Ma jednak badać bardzo wczesne epoki: kosmologię po Wielkim Wybuchu, okres rejonizacji, czyli czas, gdy pierwsze gwiazdy i galaktyki zaczęły przeobrażać młody Wszechświat, oraz formowanie się najwcześniejszych galaktyk.
Dlaczego stanął właśnie na pustyni Atakama?
Lokalizacja samego projektu w żadnym razie nie jest przypadkowa. FYST stoi na wysokości 5600 m n.p.m., około 200 m od szczytu Cerro Chajnantor i nieco poniżej niego, w obrębie Atacama Astronomical Park. To wyżej niż obóz bazowy pod Everestem. Na takiej wysokości teleskop znajduje się ponad znaczną częścią atmosfery, która normalnie tłumi i pochłania fale submilimetrowe.
Największym wrogiem tego typu obserwacji jest para wodna, a Atakama należy do najsuchszych miejsc na Ziemi. To połączenie wysokości i skrajnej suchości daje astronomom warunki, których w większości świata po prostu nie da się uzyskać.
Oznacza to, iż FYST może rutynowo obserwować przez tzw. okno 350 mikrometrów, a przy najlepszej pogodzie choćby przy 200 mikrometrach. Właśnie w tych zakresach kryje się ogromna ilość informacji o zimnym Wszechświecie. Gdyby taki teleskop stanął niżej albo w bardziej wilgotnym klimacie, duża część sygnału zostałaby skutecznie zagłuszona przez ziemską atmosferę.
Budowa na tej wysokości była niemal osobnym eksperymentem
Samo postawienie dużego teleskopu na tej wysokości było jednym z najtrudniejszych elementów całego przedsięwzięcia. Ciśnienie atmosferyczne na szczycie jest tam mniejsze niż połowa tego, do czego jesteśmy przyzwyczajeni przy poziomie morza. Właśnie dlatego budowniczowie i odwiedzający musieli przejść rygorystyczne badania medyczne i korzystać z ciągłego dopływu tlenu. Do tego dochodziły niskie temperatury, silne wiatry i bardzo trudna logistyka transportu.
Samą konstrukcję najpierw zmontowano w Niemczech, potem rozebrano na duże części, przewieziono barką i statkiem do Chile, a następnie ciężarówkami wywieziono na górę. Najcięższe elementy ważyły około 60 ton. Producent struktury, CPI Vertex Antennentechnik, miał włożyć w projekt ponad 250 tys. godzin pracy obejmujących projektowanie, symulacje, inżynierię materiałową, produkcję i koordynację. FYST jest więc nie tylko projektem naukowym, ale też bardzo poważnym osiągnięciem inżynieryjnym.
FYST jest zupełnie inny, niż pozostałe obserwatoria
Najważniejsza cecha tego teleskopu to połączenie szerokiego pola widzenia z szybkim mapowaniem nieba. Jego optyka została zaprojektowana tak, aby w jednej ekspozycji obejmować duży obszar nieba i bardzo sprawnie tworzyć mapy. To odróżnia FYST od instrumentów, które są genialne w bardzo precyzyjnym wpatrywaniu się w mały fragment nieba, ale gorzej radzą sobie z szybkim przeglądaniem dużych połaci kosmosu.
W astronomii coraz ważniejsze staje się szybkie śledzenie zmian: narodzin gwiazd, przepływu gazu, przejściowych zjawisk w galaktykach czy sygnałów kosmologicznych rozciągniętych na wielkich obszarach nieba. FYST ma być maszyną do szerokiego, szybkiego i bardzo czułego mapowania. Taki profil pracy oznacza, iż zamiast wyłącznie przebijać rekordy czułości na pojedynczym obiekcie, teleskop może budować ogromne, bardzo bogate przeglądy nieba.
Ma zajrzeć w epokę pierwszych galaktyk
Jednym z dwóch głównych instrumentów FYST jest Prime-Cam. To ogromna kriogeniczna kamera i spektrometr, który może docelowo pomieścić do 7 wymiennych modułów. Prime-Cam ma pracować w zakresie od 220 do 850 GHz i zapewniać zarówno pomiary szerokopasmowe, jak i spektroskopowe. Dzięki temu ma służyć bardzo różnym celom – od mapowania polaryzacji mikrofalowego promieniowania tła, przez badanie efektu Suniajewa-Zeldowicza (efekt zachodzący w wyniku rozpraszania fotonów kosmicznego promieniowania tła na wysokoenergetycznych elektronach), po śledzenie emisji [CII] z epoki rejonizacji.
Emisja [CII] o długości fali 158 mikrometrów to jeden z istotniejszych sygnałów pozwalających badać chłodny gaz i wczesne galaktyki. jeżeli uda się mapować taki sygnał z bardzo odległych epok, astronomowie dostaną narzędzie do badania okresu, gdy Wszechświat dopiero wychodził z kosmicznych ciemnych wieków. Prime-Cam ma też mieć szybkość mapowania ponad 10 razy większą niż obecne i bliskie wdrożenia dla części badań wysokoczerwono-przesuniętych i polarymetrycznych powyżej 300 GHz. To właśnie tutaj widać ambicję FYST: nie tylko patrzeć głębiej, ale robić to szybciej i szerzej.
Drugie oko, które ma śledzić obieg materii w galaktykach
Drugim ważnym instrumentem jest CHAI, czyli CCAT Heterodyne Array Instrument. To spektrometr wysokiej rozdzielczości przeznaczony do badania cyklu materii międzygwiazdowej w Drodze Mlecznej i pobliskich galaktykach. Jest to układ 2 x 64 pikseli, zaprojektowany do śledzenia przepływów gazu i sprawdzania, jak proces gwiazdotwórczy zmienia się w różnych środowiskach galaktycznych.
FYST ma więc jednocześnie badać bardzo wczesny Wszechświat i współczesne procesy zachodzące w naszej galaktyce oraz galaktykach sąsiednich. Taka kombinacja jest jedną z jego największych sił. To instrument, który łączy wielką kosmologię z bardzo konkretną fizyką narodzin gwiazd i obiegu gazu.
Międzynarodowy projekt z bardzo długim rodowodem
FYST nie powstał z dnia na dzień. Od pierwszej koncepcji do inauguracji minęły aż 34 lata. Projekt prowadzi Cornell-led CCAT Observatory, ale uczestniczą w nim także Uniwersytet w Kolonii, Uniwersytet w Bonn, Instytut Maxa Plancka, konsorcjum kanadyjskie prowadzone przez University of Waterloo oraz partnerzy chilijscy związani z Uniwersytetu w Chille. Sama uroczystość otwarcia zgromadziła ponad 100 uczestników z USA, Niemiec, Kanady i Chile.
Najważniejszy kolejny etap to pierwsze prawdziwe skierowanie teleskopu na niebo i uzyskanie naukowego sygnału. Od niego do pełnej dojrzałości naukowej droga bywa jeszcze długa. Trzeba stroić instrumenty, kalibrować układy, uczyć się charakteru miejsca i budować pierwsze programy obserwacyjne.
Ale już sam fakt, iż FYST stoi już gotowy na Cerro Chajnantor, oznacza, iż submilimetrowa astronomia dostała właśnie nowe, bardzo mocne narzędzie. I to narzędzie nie zostało zbudowane po to, by oglądać kilka efektownych obiektów, ale po to, by masowo mapować kosmos w jednym z najtrudniejszych i najciekawszych zakresów widma.
