Quarantacinque anni fa questo mese, un telescopio nascosto all'interno di un 14 piani, Una cupola di 500 tonnellate in cima a una vetta alta un miglio in Arizona ha osservato per la prima volta il cielo notturno e ha registrato le sue osservazioni su lastre fotografiche di vetro.

Oggi, la cupola si chiude sui precedenti capitoli scientifici del telescopio Nicholas U. Mayall di 4 metri in modo che possa prepararsi per il suo nuovo ruolo nella creazione della più grande mappa 3D dell'universo. Questa mappa potrebbe aiutare a risolvere il mistero dell'energia oscura, che sta guidando l'espansione accelerata dell'universo.

La chiusura temporanea mette in moto la più grande revisione nella storia del telescopio e pone le basi per l'installazione del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), che inizierà un ciclo di osservazione quinquennale il prossimo anno presso il Kitt Peak National Observatory (KPNO) della National Science Foundation, parte del National Optical Astronomy Observatory (NOAO).

"Questo giorno segna per noi un traguardo enorme, " ha affermato il direttore del DESI Michael Levi del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento di Energia, che sta guidando la collaborazione internazionale del progetto. "Ora rimuoviamo la vecchia attrezzatura e iniziamo il processo di un anno per indossare la nuova roba". Più di 465 ricercatori di circa 71 istituzioni partecipano alla collaborazione DESI.

L'intera estremità superiore del telescopio, che pesa quanto uno scuolabus e ospita lo specchio secondario del telescopio e una grande fotocamera digitale, verranno rimossi e sostituiti con strumenti DESI. Una grande gru solleverà l'estremità superiore del telescopio attraverso la fessura di osservazione nella sua cupola.

Oltre a fornire nuove informazioni sull'espansione dell'universo e sulla struttura su larga scala, DESI aiuterà anche a porre limiti alle teorie relative alla gravità e alle fasi formative dell'universo, e potrebbe persino fornire nuove misurazioni di massa per una varietà di particelle subatomiche sfuggenti ma abbondanti chiamate neutrini.

"Uno dei modi principali per conoscere l'universo invisibile sono i suoi sottili effetti sull'ammasso di galassie, " ha affermato il co-portavoce della collaborazione DESI Daniel Eisenstein dell'Università di Harvard. "Le nuove mappe del DESI forniranno un nuovo squisito livello di sensibilità nel nostro studio della cosmologia".

Il Mayall Telescope ha svolto un ruolo importante in molte scoperte astronomiche, comprese le misurazioni che supportano la scoperta dell'energia oscura e che stabiliscono il ruolo della materia oscura nell'universo dalle misurazioni della rotazione delle galassie. Le sue osservazioni sono state utilizzate anche per determinare la scala e la struttura dell'universo. Si ritiene che la materia oscura e l'energia oscura insieme costituiscano circa il 95% di tutta la massa e l'energia dell'universo.

Era uno dei più grandi telescopi ottici del mondo al momento della sua costruzione, e grazie alla sua costruzione robusta è perfettamente adatto a trasportare il nuovo strumento da 9 tonnellate.

"Abbiamo iniziato questo progetto esaminando grandi telescopi per trovarne uno che avesse uno specchio adatto e non crollerebbe sotto il peso di uno strumento così massiccio, ", ha affermato David Schlegel di Berkeley Lab, uno scienziato del progetto DESI.

Arjun Dey, lo scienziato del progetto NOAO per DESI, spiegato, "La Mayall è stata progettata precocemente come una nave da guerra e progettata con un ampio campo visivo."

L'espansione del campo visivo del telescopio consentirà a DESI di mappare circa un terzo del cielo.

Brenna Flaugher, uno scienziato del progetto DESI che guida il Dipartimento di Astrofisica del Fermi National Accelerator Laboratory, ha detto che DESI trasformerà la velocità della scienza al Mayall Telescope.

"Il telescopio è stato progettato per trasportare una persona in alto che lo puntava e lo dirigeva, ma con DESI è tutto automatizzato, " ha detto. "Invece di uno alla volta possiamo misurare le velocità di 5, 000 galassie alla volta - ne misureremo più di 30 milioni nella nostra indagine quinquennale".

DESI utilizzerà un array di 5, 000 robot girevoli, ciascuno accuratamente coreografato per puntare un cavo in fibra ottica verso una sequenza preprogrammata di oggetti dello spazio profondo, inclusi milioni di galassie e quasar, che sono galassie che ospitano enormi, alimentando attivamente i buchi neri.

I cavi in ​​fibra ottica trasporteranno la luce da questi oggetti a 10 spettrografi, che sono strumenti che misureranno le proprietà di questa luce e aiuteranno a individuare la distanza degli oggetti e la velocità con cui si stanno allontanando da noi. Le osservazioni di DESI forniranno uno sguardo profondo sull'universo primordiale, fino a circa 11 miliardi di anni fa.

Il cilindrico, robot portafibra, che sarà incorporato in un'unità metallica arrotondata chiamata piano focale, si riposizionerà per acquisire una nuova esposizione del cielo ogni 20 minuti circa. Il piano focale, che ora viene assemblato al Berkeley Lab, dovrebbe essere completato e consegnato a Kitt Peak quest'anno.

DESI esplorerà un terzo del cielo e catturerà circa 10 volte più dati rispetto a un sondaggio precedente, l'indagine spettroscopica dell'oscillazione barionica (BOSS). Quel progetto si basava su una sequenza ruotata manualmente di piastre metalliche - con fibre inserite manualmente in fori preforati - per mirare agli oggetti.

Tutte e sei le lenti DESI, ciascuno di circa un metro di diametro, sono completi. Saranno accuratamente impilati e allineati in una struttura di supporto in acciaio e alla fine viaggeranno con il piano focale in cima al telescopio.

Ognuna di queste lenti ha preso forma da grandi blocchi di vetro. Hanno attraversato il mondo per ricevere vari trattamenti, compresa la molatura, lucidatura, e rivestimenti. Ci sono voluti circa 3,5 anni per produrre ciascuna delle lenti, che ora risiedono presso l'University College di Londra nel Regno Unito e saranno spediti al sito DESI questa primavera.

Il Mayall Telescope è stato recentemente arruolato in un'indagine del cielo a supporto del DESI nota come Mayall z-Band Legacy Survey (MzLS), che è uno dei quattro rilievi del cielo che DESI utilizzerà per preselezionare i suoi oggetti celesti mirati. Quel sondaggio si è concluso pochi giorni prima della chiusura temporanea del Mayall, mentre gli altri sono in corso.

I dati di queste indagini vengono analizzati presso il National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) del Berkeley Lab, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE. I dati di questi sondaggi sono stati resi pubblici su legacysurvey.org.

"Possiamo vedere circa un miliardo di galassie nelle immagini del sondaggio, che è piuttosto divertente da esplorare, " ha detto Schlegel. "Lo strumento DESI misurerà con precisione milioni di quelle galassie per vedere gli effetti dell'energia oscura".

Levi ha notato che c'è già molto lavoro informatico in corso al NERSC per prepararsi al flusso di dati che uscirà da DESI una volta avviato.

"Questo progetto mira a generare enormi quantità di dati, "Levi ha detto. "I dati andranno direttamente dal telescopio al NERSC per l'elaborazione. Creeremo centinaia di universi in questi computer e vedremo quale universo si adatta meglio ai nostri dati".

L'installazione dei componenti di DESI dovrebbe iniziare presto e concludersi nell'aprile 2019, con le prime osservazioni scientifiche previste a settembre 2019.

"L'installazione di DESI sul Mayall metterà il telescopio al centro del prossimo decennio di scoperte in cosmologia, " ha detto Risa Wechsler, DESI Collaboration Co-portavoce e professore associato di fisica e astrofisica presso lo SLAC National Accelerator Laboratory e la Stanford University. "La straordinaria mappa 3D che misurerà potrebbe risolvere alcune delle più grandi questioni in sospeso in cosmologia, o sorprendici e tirane fuori di nuovi."