Инструмент DESI начинает картирование Вселенной в поисках темной энергии

В Национальной обсерватории Китт-Пик завершились четырехмесячные испытания прибора для спектроскопии темной энергии (DESI). Теперь он готов приступить к той самой миссии, для которой он был задуман: захватить свет от десятков миллионов галактик и других космических объектов и нанести на карту Вселенную в поисках темной энергии.

Часто для изучения огромного количества небесных тел, кружащихся в космосе, мы используем сведения, предоставляемые их электромагнитными спектрами. Состоящие из ряда линий, расположенных рядом друг с другом, спектры раскрывают такую информацию, как химический состав наблюдаемых объектов, их расстояния и относительные скорости. Эти данные имеют решающее значение для исследователей в поиске и понимании загадочной темной энергии. Составная часть космоса, присутствующая в наиболее признанных на сегодняшний день теоретических моделях, которая приводит к ускорению расширения Вселенной на огромные космические расстояния.

Прибор для спектроскопии темной энергии (DESI), который прошел четыре месяца испытаний, был разработан именно для этой задачи. Он был рожден в результате международного научного сотрудничества, которым руководит лаборатория Беркли Министерства энергетики США. DESI находится в 4-метровом телескопе Николаса У. Мэйолла в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне, и теперь может начать свою работу.

DESI сможет собирать свет примерно от 30 миллионов галактик, предоставляя наборы данных, которые будут использоваться всем научным сообществом для исследований в области астрофизики. Кроме того, это позволит построить трехмерную карту Вселенной с беспрецедентной детализацией.

DESI: 5000 глаз на Земле для сканирования неба

Установка DESI на телескопе Николаса У. Мэйолл делает их вместе лучшей астрономической обзорной машиной на планете.

В фокальной плоскости DESI установлено 5000 роботизированных позиционеров, которые вращаются для индивидуальной фокусировки на галактиках. У каждого из этих маленьких роботов есть оптоволоконный кабель, который собирает свет размером примерно с человеческий волос и, таким образом, действует как глаза DESI. Позиционерам требуется около 10 секунд, чтобы повернуться к новой последовательности целевых галактик. Благодаря беспрецедентной скорости обнаружения DESI отобразит как минимум в 10 раз больше объектов, чем любой предыдущий эксперимент.

В фокальной плоскости установлена корректирующая оптика, обеспечивающая поле зрения в 3 градуса. Волоконная оптика, установленная на позиционерах, протягивается на 50 метров вдоль телескопа для питания 10 широкополосных спектрографов, каждый из которых содержит три детектора. В идеальных условиях DESI может наблюдать новую выборку из 5000 галактик каждые 20 минут!

"Эксперимент DESI - отличный пример выдающихся достижений науки, которых можно достичь, когда правительственные агентства работают вместе, чтобы максимально использовать возможности национальных обсерваторий, таких как телескоп Мейолла", — сказал Крис Дэвис, директор программы NSF NOIRLab.

Какими дополнительными механизмами будет обладать DESI по сравнению со своими предшественниками?

За четыре месяца испытаний специальная аппаратура DESI зафиксировала четыре миллиона тестовых спектров, что больше, чем совокупный выходной сигнал всех предыдущих спектроскопических зондов. О настоящих инновациях этого нового спектрографа по сравнению с его предшественниками говорит Майкл Леви из лаборатории Беркли, директор проекта:

Мы измерим в десять раз больше галактических спектров, чем когда-либо получали, и эти спектры дадут нам третье измерение. Вместо двухмерных изображений галактик, квазаров и других далеких объектов, прибор собирает свет из космоса таким образом, что становится настоящей трехмерной машиной времени, которая простирается на 11 миллиардов лет назад.

DESI включает в себя новую оптику, которая увеличивает поле зрения телескопа, а 5 000 роботизированных глаз будут незаменимы во время наблюдений. "Мы не используем самые большие телескопы", — говорит Дэвид Шлегель, научный сотрудник проекта DESI. "Просто инструменты лучше и обладают высокой степенью мультиплексирования, что означает, что мы можем улавливать свет от множества разных объектов одновременно".

Улавливание света для карты Вселенной...

Ночью, когда телескоп перемещается в заданное положение, оптические волокна DESI выравниваются для сбора света от галактик, отраженного зеркалом телескопа. Оттуда свет поступает в блок детекторов и CCD-камеры для дальнейшей обработки и изучения.

Такой результат дает огромное количество данных, которые будут иметь огромное значение для ученых. Уже только те тестовые испытания, проведенные в последние месяцы, позволили сделать интересные открытия, такие как идентификация 120 новых гравитационных линз. Но теперь, когда он заработает на полную мощность, настоящая роль DESI изменилась: прощупывать темноту космоса, чтобы раскрыть его самые темные секреты.

...в поисках таинственной темной энергии

Научная программа DESI позволит исследователям ответить на два вопроса: что такое темная энергия и в какой степени гравитация подчиняется законам общей теории относительности, которые составляют основу нашего понимания космоса.

По мере расширения Вселенной галактики удаляются, и их свет смещается в сторону более длинных и красных волн. Чем более удалена галактика, тем больше красное смещение. Измерив этот сдвиг на спектрах, полученных с помощью DESI, исследователи создадут трехмерную карту Вселенной. Команда DESI прогнозирует, что детальное распределение галактик на карте позволит получить новые сведения о влиянии и природе темной энергии.

"Темная энергия является одним из ключевых научных факторов для DESI", — говорит сопредседатель проекта Кайл Доусон, профессор Университета Юты. "Цель состоит не столько в том, чтобы выяснить, сколько ее - мы знаем, что около 70 процентов энергии во Вселенной сегодня - это темная энергия", — сколько в том, чтобы изучить ее свойства".

Мы знаем, что Вселенная расширяется со скоростью, определяемой ее полным энергосодержанием. Когда DESI смотрит в пространство и время, мы можем делать фотографии, относящиеся к сегодняшнему дню, вчерашнему дню, 2 миллиарда лет назад и так далеко назад, насколько это возможно. Как только мы поймем содержание энергии на этих снимках, можно будет увидеть, как развивается наша Вселенная. И что из этого следует.