Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) starter 5-års undersøgelse

En fem-årig mission for at kortlægge universet og optrevle mysterierne bag "mørk energi" begynder officielt i dag, 17. maj, ved Kitt Peak National Observatory nær Tucson, Arizona. For at fuldføre sin søgen, Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) vil fange og studere lyset fra titusinder af galakser og andre fjerne objekter i universet.

DESI er et internationalt videnskabeligt samarbejde styret af Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory, eller Berkeley Lab, med primær finansiering fra DOE's Office of Science.

Ved at indsamle lys fra omkring 30 millioner galakser, Projektforskere siger, at DESI vil hjælpe dem med at konstruere et 3D-kort over universet med hidtil usete detaljer. Dataene vil hjælpe dem med bedre at forstå den frastødende kraft, der er forbundet med "mørk energi", der driver accelerationen af ​​universets udvidelse over store kosmiske afstande.

Jim Siegrist, associeret direktør for højenergifysik ved DOE, siger "Vi er spændte på at se starten på DESI, det første næste-generations mørk energiprojekt, der påbegyndte sin videnskabelige undersøgelse. Sammen med sin primære mission med mørk energi studier, datasættet vil være nyttigt af det bredere videnskabelige samfund til en lang række astrofysiske undersøgelser."

Hvad adskiller DESI fra tidligere himmelundersøgelser? Projektlederen, Berkeley Labs Michael Levi, sagde, "Vi vil måle 10 gange flere galaksespektre end nogensinde opnået. Disse spektre giver os en tredje dimension." I stedet for todimensionelle billeder af galakser, kvasarer og andre fjerne objekter, forklarede han, instrumentet opsamler lys, eller spektre, fra kosmos, sådan at det "bliver en tidsmaskine, hvor vi placerer disse objekter på en tidslinje, der rækker så langt tilbage som for 11 milliarder år siden."

"DESI er det mest ambitiøse af en ny generation af instrumenter, der sigter mod bedre at forstå kosmos - især, dens mørke energikomponent, " sagde projektets medtalsmand Nathalie Palanque-Delabrouille, en kosmolog ved Frankrigs Alternative Energies and Atomic Energy Commission, eller CEA. Hun sagde, at det videnskabelige program – inklusive hendes egen interesse for kvasarer – vil give forskere mulighed for præcist at behandle to primære spørgsmål:hvad er mørk energi; og i hvilken grad tyngdekraften følger den generelle relativitetsteori, som danner grundlaget for vores forståelse af kosmos.

"Det har været en lang rejse fra de første skridt, vi tog for næsten et årti siden for at designe undersøgelsen, derefter at beslutte, hvilke mål der skal observeres, og nu at have instrumenterne, så vi kan nå disse videnskabelige mål, " Palanque-Delarouille, sagde. "Det er meget spændende at se, hvor vi står i dag."

Den formelle start på DESI's femårige undersøgelse følger en fire-måneders prøvekørsel af dens brugerdefinerede instrumentering, der fangede 4 millioner spektre af galakser - mere end det samlede output fra alle tidligere spektroskopiske undersøgelser.

DESI-instrumentet befinder sig ved det eftermonterede Nicholas U. Mayall 4-meter teleskop ved Kitt Peak National Observatory, et program fra National Science Foundations NOIRLab. Instrumentet inkluderer ny optik, der øger teleskopets synsfelt og omfatter 5, 000 robotstyret optiske fibre til at indsamle spektroskopiske data fra et lige så stort antal objekter i teleskopets synsfelt.

"Vi bruger ikke de største teleskoper, " sagde Berkeley Labs David Schlegel, der er DESI-projektforsker. "Det er, at instrumenterne er bedre og meget multipleksede, hvilket betyder, at vi kan fange lyset fra mange forskellige objekter på én gang."

Faktisk, teleskopet "peger bogstaveligt talt på 5, 000 forskellige galakser samtidigt, " sagde Schlegel. På en given nat, han forklarer, når teleskopet flyttes til en målposition, de optiske fibre justeres for at opsamle lys fra galakser, når det reflekteres fra teleskopspejlet. Derfra, lyset føres ind i en bank af spektrografer og CCD-kameraer til yderligere behandling og undersøgelse.

"Det er virkelig en fabrik, vi har - en spektrafabrik, " sagde undersøgelsesvalideringsleder, Christophe Yeche, også kosmolog ved CEA. "Vi kan samle 5, 000 spektre hvert 20. minut. I en god nat, vi indsamler spektre fra omkring 150, 000 genstande."

"Men det er ikke kun instrumentets hardware, der fik os til dette punkt - det er også instrumentsoftwaren, DESI's centralnervesystem, sagde Klaus Honscheid, en professor i fysik ved Ohio State University, der ledede designet af DESI-instrumentets kontrol- og overvågningssystemer. Han krediterer snesevis af mennesker i sin gruppe og rundt om i verden, som har bygget og testet tusindvis af DESI's komponenter, hvoraf de fleste er unikke for instrumentet.

Spektre indsamlet af DESI er de komponenter af lys, der svarer til regnbuens farver. Deres egenskaber, inklusive bølgelængde, afsløre information såsom den kemiske sammensætning af objekter, der observeres, samt information om deres relative afstand og hastighed.

Når universet udvider sig, galakser bevæger sig væk fra hinanden, og deres lys skifter til længere, rødere bølgelængder. Jo fjernere galaksen er, jo større er dens "rødforskydning". Ved at måle galakse rødforskydninger, DESI-forskere vil skabe et 3D-kort over universet. Den detaljerede fordeling af galakser på kortet forventes at give ny indsigt i mørk energis indflydelse og natur.

"Mørk energi er en af ​​de vigtigste videnskabelige drivkræfter for DESI, " sagde projektets medtalsmand Kyle Dawson, professor i fysik og astronomi ved University of Utah. "Målet er ikke så meget at finde ud af, hvor meget der er - vi ved, at omkring 70% af energien i universet i dag er mørk energi - men at studere dens egenskaber."

Universet udvider sig med en hastighed, der bestemmes af dets samlede energiindhold, Dawson forklarer. Når DESI-instrumentet ser ud i rum og tid, han siger, "vi kan bogstaveligt talt tage snapshots i dag, i går, 1 milliard år siden, 2 milliarder år siden - så langt tilbage i tiden som muligt. Vi kan så finde ud af energiindholdet i disse snapshots og se, hvordan det udvikler sig."