I 5000 "occhi" spettroscopici di DESI possono coprire un'area di cielo circa 38 volte più grande della luna piena, come si vede in questa sovrapposizione del piano focale di DESI sul cielo notturno (in alto). Ciascuno degli occhi controllati dal robot può fissare un cavo in fibra ottica su una singola galassia o stella per raccogliere la sua luce. Il punto verde indica la posizione di un singolo posizionatore di fibre. Nello spettro di prova catturato da DESI il 22 ottobre, 2019, la luce raccolta da una piccola regione della galassia Triangulum, M33, da un unico cavo in fibra ottica viene disperso in uno spettro (in basso) che rivela le righe di emissione. Le linee codificano entrambi gli elementi presenti nella galassia e aiutano a misurare la distanza della galassia. Credito:DESI Collaborazione; Sondaggi legacy; NASA/JPL-Caltech/UCLA; Laboratorio nazionale di ricerca di astronomia nell'infrarosso ottico della NSF
Un nuovo strumento sul telescopio Mayall di 4 m ha aperto la sua schiera di migliaia di "occhi" in fibra ottica al cosmo e ha catturato con successo la luce da galassie lontane. La pietra miliare segna l'inizio dei test finali per lo strumento spettroscopico per l'energia oscura (DESI), che è pronta per iniziare a creare la mappa più dettagliata dell'Universo mai realizzata. Il telescopio Mayall si trova al Kitt Peak National Observatory (KPNO), che è gestito dal National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory della National Science Foundation (NSF's OIR Lab).
Mappatura per comprendere l'energia oscura
A partire dall'inizio del prossimo anno, DESI intraprenderà una missione quinquennale per mappare il cosmo. Il suo obiettivo:tracciare le posizioni e le distanze di 35 milioni di galassie sparse in 1/3 del cielo e nel tempo cosmico, fino a 11 miliardi di anni fa. DESI studierà anche 10 milioni di stelle nella nostra galassia, la via Lattea. L'impresa affronterà uno dei problemi più sconcertanti e profondi della fisica:la natura e la fisica dell'energia oscura, una forma sconosciuta di energia che è attualmente intesa permeare l'Universo e accelerare la sua espansione.
Per misurare le distanze delle galassie, DESI rileva l'impronta digitale di una galassia misurandone lo spettro:la luce delle singole galassie viene dispersa in sottili bande di colore per misurare lo spostamento verso il rosso di una galassia e la sua distanza dalla Terra. Per misurare le distanze di milioni di galassie, DESI è altamente multiplexato e utilizza la tecnologia più avanzata. I posizionatori robotici puntano automaticamente gli occhi in fibra ottica di DESI su gruppi di galassie preselezionati, 5000 alla volta, e misurando i loro spettri, misurare quanto l'Universo si è espanso mentre la loro luce viaggiava verso la Terra. In condizioni ideali, DESI può studiare più di 100, 000 galassie a notte.
"Dopo un decennio di pianificazione e ricerca e sviluppo, installazione e montaggio, siamo lieti che DESI possa presto iniziare la sua ricerca per svelare il mistero dell'energia oscura, " ha affermato il direttore del DESI Michael Levi del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento di Energia, l'istituzione principale per la costruzione e le operazioni di DESI." La maggior parte della materia e dell'energia dell'Universo sono oscure e sconosciute, e gli esperimenti di nuova generazione come DESI sono la nostra migliore scommessa per svelare questi misteri, " Levi ha aggiunto. "Sono entusiasta di vedere questo nuovo esperimento prendere vita".
Un venerabile telescopio in prima linea nella scoperta
L'installazione di DESI al telescopio Mayall di 46 anni, iniziata nel febbraio 2018, segna il successo della trasformazione del Mayall da "strumento di ricerca per tutti gli usi" a una struttura più specializzata all'avanguardia nella tecnologia e nella scoperta.
"Con DESI stiamo combinando uno strumento moderno con un venerabile vecchio telescopio per realizzare una macchina da rilevamento all'avanguardia, " ha detto Lori Allen, Direttore di KPNO presso l'OIR Lab di NSF. Il laboratorio, nato di recente dall'unificazione dell'Osservatorio Nazionale di Astronomia Ottica (NOAO), Osservatorio Gemelli, e operazioni LSST, è il principale centro statunitense per l'astronomia dell'infrarosso ottico da terra.
I rilievi odierni di molti milioni di oggetti richiedono ampi campi visivi, la capacità di studiare vaste aree di cielo con un singolo puntamento, e grandi, equipaggiamento pesante.
"Nonostante la sua età, il ben tenuto telescopio Mayall è la piattaforma perfetta per DESI, " ha detto David Sprayberry, Direttore del sito KPNO per DESI. "Poiché è stato originariamente progettato per un ampio campo, il design ottico del Mayall è stato facilmente adattato al campo visivo molto ampio necessario per DESI. Il telescopio è anche abbastanza robusto da sopportare l'enorme peso di DESI."
Lo strumento DESI pesa circa 11 tonnellate. Ha anche un campo visivo di 8 gradi quadrati, o circa 40 volte l'area della luna piena.
Posizionatori robotici in fibra di DESI, che raccolgono la luce dalle singole galassie e stelle, sono disposti in 10 moduli a forma di cuneo detti "petali". A sinistra:una porzione del cielo notturno, studiato da un petalo, che include la galassia M33. Cerchi blu delimitano la regione del cielo che può essere studiata da ciascuna delle 500 fibre del petalo; ogni fibra può puntare a una stella oa una galassia all'interno del suo cerchio. A destra:l'emissione della linea di idrogeno rilevata da DESI da M33, mostrato come una mappa a colori, con colori più luminosi che indicano un'emissione più brillante. Credito:DESI Collaborazione; Laboratorio nazionale di ricerca di astronomia nell'infrarosso ottico della NSF
Lavoro di squadra e tecnologia
Il progetto DESI e l'installazione dello strumento DESI riguardano tanto il lavoro di squadra quanto la tecnologia. La collaborazione DESI comprende quasi 500 ricercatori in 75 istituzioni in 13 paesi.
"Lo strumento DESI è complesso e unico nel suo genere. Non sarebbe mai stato possibile senza una collaborazione ampia e capace, con componenti provenienti da tutti gli Stati Uniti e l'Europa. È molto emozionante vedere questo strumento unirsi in modo quasi impeccabile, grazie alla stretta collaborazione dei numerosi team a distanza coinvolti, " disse Parker Fagrelius, Supervisore delle operazioni di osservazione di KPNO per DESI.
Negli ultimi 18 mesi, una moltitudine di componenti DESI sono stati spediti a Kitt Peak da istituzioni di tutto il mondo e installati sul telescopio.
Questi componenti includono un set di sei grandi obiettivi confezionati in un barilotto d'acciaio, che è stato installato sopra lo specchio primario del telescopio, conferendo allo strumento il suo ampio campo visivo. Le lenti, ciascuno di circa un metro di diametro, sono stati testati con successo ad aprile.
Un altro componente importante è il piano focale di DESI, che si trova nella parte superiore del telescopio e trasporta i 5000 posizionatori robotici che ruotano in una "danza" coreografica per selezionare singole galassie e stelle da studiare.
Gli ultimi arrivati sono gli spettrografi DESI, di cui otto installati, con gli ultimi due in arrivo prima della fine dell'anno. Circa 240 km (150 miglia) di cavi in fibra ottica collegano il piano focale nella parte superiore del telescopio con gli spettrografi DESI situati sotto il telescopio.
Un potente motore di scoperta
Sebbene sia stato progettato per studiare l'energia oscura, DESI farà anche scoperte inaspettate, perché le "impronte digitali" spettrali di stelle e galassie che DESI raccoglierà codificano molte più informazioni di quelle necessarie per realizzare il progetto DESI.
"DESI è perfettamente progettato per l'esplorazione dell'ignoto. Tra i milioni di galassie e stelle DESI studierà, ci sono rari, forse unico nel suo genere, fonti astronomiche, alcuni completamente imprevisti, che aspettano di essere scoperti, " ha detto Arjun Dey (KPNO), Responsabile delle operazioni di osservazione per DESI. Esplorando il cosmo su questa scala, DESI può anche scoprire nuovi fenomeni e forse anche nuova fisica, simile a come è stata scoperta l'energia oscura stessa.
"Scoprire l'inaspettato:questa è la parte più eccitante dell'intera faccenda per me, " Disse Dey.
