Una piccola sezione del piano focale DESI, mostrando i posizionatori robotici unici nel loro genere. Le fibre ottiche, che sono installati nei posizionatori robotici, sono retroilluminati con luce blu in questa immagine. Credito:collaborazione DESI
Una ricerca quinquennale per mappare l'universo e svelare i misteri dell'"energia oscura" inizia ufficialmente oggi, 17 maggio al Kitt Peak National Observatory vicino a Tucson, Arizona. Per completare la sua ricerca, il Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) catturerà e studierà la luce di decine di milioni di galassie e altri oggetti distanti nell'universo.
DESI è una collaborazione scientifica internazionale gestita dal Lawrence Berkeley National Laboratory del Department of Energy, o Berkeley Lab, con finanziamenti primari dall'Office of Science del DOE.
Raccogliendo la luce da circa 30 milioni di galassie, gli scienziati del progetto affermano che DESI li aiuterà a costruire una mappa 3D dell'universo con dettagli senza precedenti. I dati li aiuteranno a comprendere meglio la forza repulsiva associata all'"energia oscura" che guida l'accelerazione dell'espansione dell'universo attraverso vaste distanze cosmiche.
Jim Siegrist, direttore associato per la fisica delle alte energie presso il DOE, afferma "Siamo entusiasti di vedere l'inizio di DESI, il primo progetto di energia oscura di nuova generazione per iniziare la sua indagine scientifica. Insieme alla sua missione principale di studi sull'energia oscura, il set di dati sarà utile alla più ampia comunità scientifica per una moltitudine di studi di astrofisica".
Cosa distingue DESI dalle precedenti rilevazioni del cielo? Il direttore del progetto, Michael Levi del Berkeley Lab, disse, "Misureremo 10 volte più spettri galattici che mai ottenuti. Questi spettri ci danno una terza dimensione". Invece di immagini bidimensionali di galassie, quasar e altri oggetti lontani, Lui ha spiegato, lo strumento raccoglie luce, o spettri, dal cosmo in modo tale che "diventi una macchina del tempo in cui posizioniamo quegli oggetti su una linea temporale che risale a 11 miliardi di anni fa".
"DESI è il più ambizioso di una nuova generazione di strumenti volti a comprendere meglio il cosmo, in particolare, la sua componente di energia oscura, " ha dichiarato la co-portavoce del progetto Nathalie Palanque-Delabrouille, un cosmologo presso la Commissione francese per le energie alternative e l'energia atomica, o CEA. Ha detto che il programma scientifico, compreso il suo interesse per i quasar, consentirà ai ricercatori di affrontare con precisione due domande principali:cos'è l'energia oscura; e il grado in cui la gravità segue le leggi della relatività generale, che costituiscono la base della nostra comprensione del cosmo.
"È stato un lungo viaggio dai primi passi che abbiamo compiuto quasi un decennio fa per progettare il sondaggio, poi decidere quali obiettivi osservare, e ora disporre degli strumenti per raggiungere quegli obiettivi scientifici, "Palanque-Delabrouille, disse. "È molto emozionante vedere a che punto siamo oggi".
L'inizio formale dell'indagine quinquennale di DESI segue una prova di quattro mesi della sua strumentazione personalizzata che ha catturato 4 milioni di spettri di galassie, più del risultato combinato di tutte le precedenti indagini spettroscopiche.
Il disco della Galassia di Andromeda, M31, che si estende per più di 3 gradi, è preso di mira da un singolo puntamento DESI, rappresentato dal grande, verde pallido, sovrapposizione circolare. I cerchi più piccoli all'interno di questa sovrapposizione rappresentano le regioni accessibili a ciascuno dei 5, 000 Posizionatori robotici in fibra DESI. In questo campione, il 5, 000 spettri che sono stati raccolti simultaneamente da DESI includono non solo stelle all'interno della Galassia di Andromeda, ma anche galassie lontane e quasar. Lo spettro DESI di esempio che si sovrappone a questa immagine è di un quasar distante, QSO, 11 miliardi di anni. Credito:collaborazione DESI e DESI Legacy Imaging Surveys
Lo strumento DESI risiede presso il telescopio da 4 metri Nicholas U. Mayall adattato al Kitt Peak National Observatory, un programma del NOIRLab della National Science Foundation. Lo strumento include nuove ottiche che aumentano il campo visivo del telescopio e comprende 5, 000 fibre ottiche controllate da robot per raccogliere dati spettroscopici da un numero uguale di oggetti nel campo visivo del telescopio.
"Non stiamo usando i più grandi telescopi, ", ha affermato David Schlegel di Berkeley Lab, chi è lo scienziato del progetto DESI. "È che gli strumenti sono migliori e molto altamente multiplexati, il che significa che possiamo catturare la luce da molti oggetti diversi contemporaneamente."
Infatti, il telescopio "punta letteralmente al 5, 000 diverse galassie contemporaneamente, " disse Schlegel. Ogni notte, lui spiega, quando il telescopio viene spostato in una posizione target, le fibre ottiche si allineano per raccogliere la luce dalle galassie mentre viene riflessa dallo specchio del telescopio. Da li, la luce viene immessa in un banco di spettrografi e camere CCD per ulteriori elaborazioni e studi.
"Quella che abbiamo è davvero una fabbrica:una fabbrica di spettri, " ha affermato il responsabile della convalida del sondaggio, Christophe Yeche, anche un cosmologo al CEA. "Possiamo raccogliere 5, 000 spettri ogni 20 minuti. In una buona notte, raccogliamo spettri da circa 150, 000 oggetti."
"Ma non è solo l'hardware dello strumento che ci ha portato a questo punto, è anche il software dello strumento, Il sistema nervoso centrale di DESI, " disse Klaus Honscheid, un professore di fisica alla Ohio State University che ha diretto la progettazione dei sistemi di controllo e monitoraggio dello strumento DESI. Accredita decine di persone nel suo gruppo e in tutto il mondo che hanno costruito e testato migliaia di componenti DESI, la maggior parte dei quali sono unici per lo strumento.
Gli spettri raccolti da DESI sono le componenti della luce corrispondenti ai colori dell'arcobaleno. Le loro caratteristiche, compresa la lunghezza d'onda, rivelare informazioni come la composizione chimica degli oggetti osservati, nonché informazioni sulla loro distanza e velocità relative.
Mentre l'universo si espande, le galassie si allontanano l'una dall'altra, e la loro luce è spostata più a lungo, lunghezze d'onda più rosse. Più lontana è la galassia, maggiore è il suo "redshift". Misurando il redshift delle galassie, I ricercatori DESI creeranno una mappa 3D dell'universo. La distribuzione dettagliata delle galassie nella mappa dovrebbe fornire nuove informazioni sull'influenza e la natura dell'energia oscura.
"L'energia oscura è uno dei fattori chiave della scienza per DESI, " ha dichiarato il co-portavoce del progetto Kyle Dawson, professore di fisica e astronomia all'Università dello Utah. "L'obiettivo non è tanto scoprire quanto c'è—sappiamo che circa il 70% dell'energia nell'universo oggi è energia oscura—ma studiarne le proprietà".
L'universo si sta espandendo ad una velocità determinata dal suo contenuto energetico totale, Dawson spiega. Mentre lo strumento DESI guarda nello spazio e nel tempo, lui dice, "possiamo letteralmente scattare istantanee oggi, ieri, 1 miliardo di anni fa, 2 miliardi di anni fa, il più indietro possibile nel tempo. Possiamo quindi capire il contenuto energetico in queste istantanee e vedere come si sta evolvendo".
