Το Τηλεσκόπιο των Τριάντα Μέτρων (TMT)

Πηγή: ΝΑΣΑ, Νοέμβριος 2005

Το πρόγραμμα του Τηλεσκοπίου των Τριάντα Μέτρων (TMT) έχει σαν στόχο να κατασκευαστεί ένα εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο βασισμένο σε περισσότερα από 700 εξαγωνικά διαμορφωμένα τμήματα κατόπτρων, που συνολικά έχει διάμετρο 30 μέτρα. Ένα τέτοιο τηλεσκόπιο χρειάζεται επίσης κατάλληλα προσαρμοστικά συστήματα οπτικής που θα αντισταθμίζουν τις φυσικές διαστρεβλώσεις του εισερχόμενου φωτός από τη γήινη ατμόσφαιρα, και τεράστια επιστημονικά όργανα που θα περιέχουν δωδεκάδες κατόπτρων, ανιχνευτών, καθώς και σύνθετων φίλτρων. Το TMT θα συλλέγει φως στα ορατά και υπέρυθρα μήκη κύματος για να βοηθήσει τους αστρονόμους να απαντήσουν στις προκλήσεις που εξετάζει η αστρονομία και η αστροφυσική, από το "πώς σχηματίζονται οι πλανήτες" μέχρι  "ποια είναι η τελευταία μοίρα του Γαλαξία μας".

Το πρόγραμμα - που είναι μια συνεργασία του δημόσιου και ιδιωτικού φορέα - ξεκίνησε τον Ιούνιο του 2003, με στόχο να ξεκινήσει το τηλεσκόπιο τις πλήρεις επιστημονικές του εργασίες από το 2015, σε μια περιοχή που θα επιλεγεί το 2007. Με το τηλεσκόπιο αυτό θα υλοποιηθούν οι στόχοι της ιδέας του Γιγαντιαίου Τηλεσκοπίου με Τετμημένα Κάτοπτρα (GSMT), που προσδιορίστηκε στην έκθεση της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών με τίτλο "Αστρονομία και αστροφυσική στη νέα χιλιετία".

Το TMT θα είναι το πρώτο από τα εξαιρετικά μεγάλα οπτικά και υπέρυθρα τηλεσκόπια της νέας γενιάς.

Το τηλεσκόπιο των 30 μέτρων, θα λειτουργεί σε μήκη κύματος που θα κυμαίνονται από τις υπεριώδεις ακτίνες ως τα μεσαίες υπέρυθρες ακτίνες, ενώ θα είναι ένα ουσιαστικό εργαλείο για την απάντηση ζητημάτων, που κυμαίνονται από τον σχηματισμό αστεριών και πλανητών, στη διευκρίνηση της ιστορίας των γαλαξιών και της ανάπτυξης της μεγάλης κλίμακας δομής στο σύμπαν.

Οι αστρονόμοι θα χρησιμοποιούν μία τεχνική που είναι γνωστή ως φασματοσκοπία, για να παρακολουθήσουν τη δημιουργία των στοιχείων καθώς ενηλικιωνόταν το σύμπαν. Το ΤΜΤ θ' αναλύσει δηλαδή το φως από τους πιο πρώιμους αστέρες στο φάσμα του, δηλαδή σε επιμέρους μήκη κύματος. Τα στοιχεία μέσα σ' αυτούς τους αστέρες απορροφούν το φως συγκεκριμένων συχνοτήτων. Αυτό σημαίνει ότι, εντοπίζοντας τις συχνότητες όπου το φάσμα του αστέρα γίνεται πιο αμυδρό, οι αστρονόμοι θα μπορέσουν να αποκαλύψουν τα στοιχεία που συνθέτουν τους αστέρες αλλά και την περιεκτικότητα τους σ' αυτά.

Το άνοιγμα των 30 μέτρων θα επιτρέπει στο τηλεσκόπιο να εστιάσει καλύτερα από τα μικρότερα τηλεσκόπια με τη χρήση της δύναμης της διάθλασης του φωτός. Το μεγάλο άνοιγμα θα συλλέγει επίσης περισσότερο φως από ότι τα μικρότερα των πιο εξασθενημένων αντικειμένων. Έτσι το TMT θα δει πιο μακριά  και πιο καθαρά από τα προηγούμενα τηλεσκόπια κατά έναν παράγοντα 10 έως 100 ανάλογα με την παρατήρηση.

Το TMT προβλέπεται να δώσει εννέα φορές περισσότερη περιοχή συλλογής φωτός από ό,τι τα σημερινά μεγαλύτερα οπτικά/υπέρυθρα τηλεσκόπια (όπως το τηλεσκόπιο Keck των 10 μέτρων), ενώ θα χρησιμοποιηθεί με κατάλληλα προσαρμοστικά συστήματα οπτικής. Αυτά θα του δώσουν ασύγκριτη χωρική ανάλυση περισσότερη από 12 φορές καλύτερη από ό,τι επιτυγχάνεται από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Για πολλές εφαρμογές, οι παρατηρήσεις με περιορισμό της διάθλασης δίνουν αύξηση στην ευαισθησία, ανάλογη της τετάρτης δύναμης της διαμέτρου του κατόπτρου.

Το TMT θα είναι λοιπόν ένα θεμελιώδες εργαλείο για ένα μεγάλο φάσμα ερευνητικών θεμάτων, μεταξύ των άλλων:

• Τη φασματοσκοπική εξερεύνηση των "σκοτεινών εποχών", όταν σχηματίστηκαν οι πρώτες πηγές φωτός και τα πρώτα βαριά στοιχεία στο σύμπαν, και έγινε επανιονισμός της ύλης από αυτές τις πηγές του φωτός, ενώ το σύμπαν είχε τότε μια βαρυτική ερυθρή μετατόπιση (redshift) z ~1000. Η φύση των αντικειμένων του "πρώτου φωτός"  και τα αποτελέσματά τους στο νεαρό σύμπαν είναι μεταξύ των σημαντικών ανοικτών ερωτημάτων στην αστροφυσική. Εδώ το TMT αλλά και το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) που θα συνεργάζονται, με το JWST να δίνει τους στόχους για μια λεπτομερή μελέτη με τα φασματόμετρα του TMT.

• Η εξερεύνηση των γαλαξιών και της μεγάλης κλίμακας δομής στο νεαρό σύμπαν, συμπεριλαμβανομένης και της εποχής στην οποία  διαμορφώθηκαν τα περισσότερα από τα αστέρια και τα βαριά στοιχεία και έγινε συγκέντρωση των γαλαξιών. Το TMT θα επιτρέψει τη λεπτομερή φασματοσκοπική ανάλυση των γαλαξιών και των υπογαλαξιακών τμημάτων κατά τη διάρκεια της εποχής που συνάθροισης των γαλαξιών. Οι παρατηρήσεις με το TMT θα βοηθήσουν στο να απαντηθούν οι ερωτήσεις για την πρώιμη παραγωγή και διασπορά των χημικών στοιχείων, την κατανομή των βαρυονίων μέσα στους σκοτεινούς φωτοστεφάνους (άλως) της ύλης και τις διαδικασίες της ιεραρχικής συγχώνευσης των υπογαλαξιακών τμημάτων. Η πρώιμη εποχή του σχηματισμού και της ανάπτυξης των δομών μεγάλης κλίμακας που εξουσιάζουν το σύμπαν σήμερα πρέπει, επίσης, να είναι αισθητή με το TMT. Οι μελέτες του φάσματος στις μικρές χωρικές κλίμακες, με τη χρήση των άμεσων παρατηρήσεων των απόμακρων γαλαξιών και το ενδογαλαξιακό μέσο (IGM), θα δώσει πληροφορίες για τη φυσική του αρχικού σύμπαντος και τη φύση της σκοτεινής ύλης, που είναι απρόσιτη αν χρησιμοποιηθούν οποιεσδήποτε άλλες τεχνικές.

• Έρευνες για τις ογκώδεις μαύρες τρύπες σε όλες τις κοσμικές εποχές. Ο πρόσφατες ανακαλύψεις για το στενό συσχετισμό μεταξύ της μάζας της κεντρικής μαύρης τρύπας και της ταχύτητας διασποράς των αστρικών διογκώσεων υπονοεί ότι ο σχηματισμός και η αύξηση των μαύρων τρυπών συσχετίζονται πολύ με τις διαδικασίες που διαμορφώνουν τους γαλαξίες. Αυτό το αποτέλεσμα, επίσης, προτείνει ότι οι πολύ μεγάλης μάζας μαύρες τρύπες είναι στα κέντρα των περισσότερων ή όλων των μεγάλων γαλαξιών. Ο συνδυασμός του τηλεσκοπίου TMT υψηλής χωρικής ανάλυσης και υψηλής φασματικής ανάλυσης θα αυξήσει την ικανότητά μας να ανιχνεύσουμε και να ερευνήσουμε τις κεντρικές μαύρες τρύπες σε κοσμολογικές αποστάσεις. Εκτός από τις έρευνες με σκοπό να καταλάβουμε το ζήτημα της αύξησης των γαλαξιών και των μαύρων οπών, οι κοντινές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες μπορούν να αναλυθούν με την πολύ υψηλή ανάλυση. Θα μας επιτρέψει έτσι να μετρήσουμε τα γενικά σχετικιστικά αποτελέσματα στο κέντρο του Γαλαξία και για να αναλύσουμε χωρικά τους δίσκους προσαύξησης των ενεργών μαύρων οπών στα κέντρα των γαλαξιών και σε μια απόσταση έως το σμήνος της Παρθένου.

• Εξερεύνηση των διαδικασιών σχηματισμού των πλανητών και των εξωηλιακών πλανητών. Δύο από τις πιο συναρπαστικές προκλήσεις στην αστροφυσική στις επόμενες δεκαετίες είναι να καταλάβουμε τις φυσικές διαδικασίες που οδηγούν στο σχηματισμό αστεριών και πλανητών και να χαρακτηρίσουμε τις ιδιότητες των εξωηλιακών πλανητών. Το TMT θα έχει έναν πολύ σημαντικό ρόλο σε αυτή την προσπάθεια. Φασματοσκοπικές παρατηρήσεις θα δώσουν ώθηση στην έρευνα για εξωηλιακούς πλανήτες σαν τη γη, την κινηματική των πρωτο-πλανητικών δίσκων, τη φασματοσκοπική ανίχνευση και ανάλυση της ατμόσφαιρας των εξωηλιακών πλανητών και την άμεση ανίχνευση των εξωηλιακών πλανητών με τη βοήθεια τόσο του ανακλώμενου όσο και του εκπεμπόμενου φωτός. .Αυτοί είναι όλοι οι στόχοι που οδηγούν στην κατασκευή του TMT.

Επιπλέον, όπως έχει συμβεί σε κάθε προηγούμενη αύξηση στην ικανότητα αυτού του μεγέθους, είναι πολύ πιθανό ο επιστημονικός αντίκτυπος του TMT να υπερβαίνει αυτά που προβλέπουμε σήμερα και το TMT θα επιτρέψει ανακαλύψεις που δεν μπορούμε να τις αναμένουμε σήμερα.