Ci sono volute tre ricognizioni del cielo, condotte con telescopi in due continenti, coprendo un terzo del cielo visibile, e richiedendo quasi 1, 000 notti di osservazione, per prepararsi a un nuovo progetto che creerà la più grande mappa 3D delle galassie dell'universo e raccoglierà nuove intuizioni sull'accelerazione dell'espansione dell'universo.

Questo progetto di Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) esplorerà questa espansione, guidato da una misteriosa proprietà nota come energia oscura, in grande dettaglio. Potrebbe anche fare scoperte inaspettate durante la sua missione quinquennale.

I sondaggi, che si è concluso a marzo, hanno accumulato immagini di oltre 1 miliardo di galassie e sono essenziali nella selezione degli oggetti celesti da mirare con DESI, ora in costruzione in Arizona.

L'ultimo lotto di dati di imaging da questi sondaggi, noto come DR8, è stato rilasciato pubblicamente l'8 luglio e uno strumento Sky Viewer online fornisce un tour virtuale di questi dati. Entro la fine dell'anno è prevista la pubblicazione finale dei dati delle indagini di imaging DESI.

Gli scienziati selezioneranno circa 33 milioni di galassie e 2,4 milioni di quasar dall'insieme più ampio di oggetti ripresi nei tre sondaggi. I quasar sono gli oggetti più luminosi dell'universo e si ritiene che contengano buchi neri supermassicci. DESI punterà questi oggetti selezionati per diverse misurazioni dopo il suo inizio, prevista per febbraio 2020.

DESI misurerà ogni bersaglio attraverso una gamma di diverse lunghezze d'onda della luce, noto come spettro, dall'insieme selezionato di galassie ripetutamente nel corso della sua missione. Queste misurazioni forniranno dettagli sulla loro distanza e accelerazione dalla Terra.

Una raccolta di 5, 000 robot girevoli, ciascuno con un cavo in fibra ottica, punterà su insiemi di oggetti celesti preselezionati per raccogliere la loro luce (vedi un video correlato) in modo che possa essere suddiviso in diversi colori e analizzato utilizzando una serie di dispositivi chiamati spettrografi.

Tre sondaggi, 980 notti

"Tipicamente, quando fai domanda per il tempo su un telescopio ricevi fino a cinque notti, " ha detto David Schlegel, uno scienziato del progetto DESI presso il Lawrence Berkeley National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (Berkeley Lab), che è l'istituzione capofila della collaborazione DESI. "Queste tre indagini di imaging hanno totalizzato 980 notti, che è un numero piuttosto grande."

Le tre indagini di imaging per DESI includono:

• Il Mayall z-band Legacy Survey (MzLS), effettuata al Mayall Telescope presso il Kitt Peak National Observatory della National Science Foundation vicino a Tucson, Arizona, oltre 401 notti. DESI è ora in fase di installazione presso il Mayall Telescope.
• Il Dark Energy Camera Legacy Survey (DECaLS) al Victor Blanco Telescope presso l'Osservatorio interamericano Cerro Tololo della NSF in Cile, che durò 204 notti.
• La Pechino-Arizona Sky Survey (BASS), che ha utilizzato il telescopio Bok dello Steward Observatory al Kitt Peak National Observatory ed è durato 375 notti.

Le squadre di rilevamento in loco, in genere due ricercatori del progetto DESI per notte di osservazione per ciascuna delle indagini, hanno svolto una sorta di ruolo di "bagnino", ha detto Schlegel. "Quando qualcosa andava storto loro erano lì per aggiustarlo, per tenere gli occhi sul cielo, " e anche i ricercatori che lavorano in remoto hanno aiutato nella risoluzione dei problemi.

All'inizio di marzo, Eva Maria Mueller, un ricercatore post-dottorato presso l'Università di Portsmouth nel Regno Unito, e Robert Blum, ex vicedirettore dell'Osservatorio Nazionale di Astronomia Ottica (NOAO) che gestisce i siti di indagine, erano in servizio con una piccola squadra nella sala di controllo del Victor Blanco Telescope della NSF su una montagna cilena alta un miglio per l'ultima notte di imaging del sondaggio DECaLS.

Seduti diversi piani sotto il telescopio, Mueller e Blum hanno visualizzato le immagini in tempo reale per verificare la posizione e la messa a fuoco del telescopio. Mueller, che stava partecipando a un turno di cinque notti che è stato il suo primo periodo di osservazione per le indagini DESI, disse, "Questo è sempre stato una specie di sogno d'infanzia."

Blum, che aveva registrato molte serate al telescopio Blanco per DECaLS, disse, "È davvero emozionante pensare di finire questa fase". Ha notato che quest'ultima notte era focalizzata sulla "ripulitura dei piccoli buchi" nell'immagine precedente. Blum ricopre ora un nuovo ruolo di direttore operativo per il Large Synoptic Survey Telescope in fase di installazione in Cile.

Nuovo software progettato per le indagini DESI, e precisa attrezzatura di posizionamento sui telescopi, ha contribuito ad automatizzare il processo di acquisizione delle immagini, impostare il tempo di esposizione e i filtri e compensare le distorsioni atmosferiche e altri fattori che possono influenzare la qualità dell'immagine, Blum ha notato. Durante una serata produttiva, era comune produrre da 150 a 200 immagini per l'indagine DECaLS.

Fantastico esperimento di cartografia cosmica

I dati dei sondaggi sono stati indirizzati ai supercomputer del National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) del Berkeley Lab, che sarà il principale deposito per i dati DESI.

Più di 100 ricercatori hanno partecipato a turni notturni per condurre le indagini, disse Arjun Dey, lo scienziato del progetto NOAO per DESI. Dey ha lavorato come scienziato capo per l'indagine MzLS e scienziato co-responsabile per l'indagine DECaLS con Schlegel.

"Stiamo costruendo una mappa dettagliata dell'universo e misurando la sua storia di espansione negli ultimi 10-12 miliardi di anni, " Ha detto Dey. "L'esperimento DESI rappresenta l'esperimento di cartografia cosmica più dettagliato e sicuramente il più interessante intrapreso fino ad oggi. Sebbene l'imaging sia stato effettuato per il progetto DESI, i dati sono disponibili pubblicamente in modo che tutti possano godersi il cielo ed esplorare il cosmo".

Sondaggio BASS supportato dal team globale

Xiaohui Fan, un professore di astronomia dell'Università dell'Arizona che è stato co-responsabile del sondaggio BASS condotto al Bok Telescope di Kitt Peak, tempo di visione coordinato da un gruppo internazionale che includeva il professor Zhou Xu e il professore associato Zou Hu, altri scienziati degli Osservatori Astronomici Nazionali della Cina (NAOC), e ricercatori dell'Università dell'Arizona e di tutta la collaborazione DESI.

BASS ha prodotto circa 100, 000 immagini durante la sua corsa di quattro anni. Ha scansionato una sezione di cielo circa 13 volte più grande dell'Orsa Maggiore, parte della costellazione dell'Orsa Maggiore.

"Questo è un buon esempio di come si fa una collaborazione, " Fan ha detto. "Attraverso questa partnership internazionale abbiamo portato persone da tutto il mondo. Questa è una bella anteprima di come sarà osservare con DESI."

Fan ha notato la rapida risposta del team DESI nell'aggiornare l'hardware e il software del telescopio nel corso dell'indagine.

"È migliorato molto in termini di controlli automatizzati, messa a fuoco e riduzione dei dati, " ha detto. La maggior parte delle immagini del sondaggio BASS si è conclusa a febbraio, con alcune immagini finali scattate a marzo.

Prossimi passi verso il completamento di DESI

Tutte le immagini raccolte verranno elaborate da un codice matematico, chiamato trattore, che aiuta a identificare tutte le galassie rilevate e a misurarne la luminosità.

Con il collaudo iniziale della massiccia canna correttore, che ospita il pacchetto DESI di sei grandi specchi, ai primi di aprile, il prossimo importante traguardo per il progetto sarà la consegna, installazione, e test del suo piano focale, che copre il telescopio e ospita i posizionatori robotici.

Dey, che hanno partecipato a discussioni formative sulla necessità di un esperimento come DESI quasi 20 anni fa, disse, "È piuttosto sorprendente che il nostro team piccolo e dedicato sia stato in grado di realizzare un sondaggio così ampio in così poco tempo. Siamo entusiasti di passare alla fase successiva di questo progetto!"