Астрофизика

Новый инструмент для поиска темной энергии

Один из десяти «лепестков» или «клиньев» DESI с некоторыми установленными датчиками. Каждый клин вмещает 500 волоконно-оптических датчиков, каждый из которых управляется роботом для нацеливания на отдельную цель. Все вместе, DESI может измерять 5000 галактик или квазаров одновременно. Изображение предоставлено: Berkeley Lab.

Темная энергия - таинственная сила, движущая расширением Вселенной. Мы не знаем, что такое темная энергия, хотя она составляет около 68% Вселенной. И расширение ускоряется, что только добавляет загадочности.

Новый инструмент под названием Спектроскопический инструмент темной энергии (DESI) будет изучать темную энергию. Это делается с помощью 5000 новых роботизированных "глаз".

Ученые и инженеры подарили телескопу Mayall в Национальной обсерватории Китт-Пик 5000 новых волоконно-оптических глаз. 4-метровый телескоп работает с 1973 года, но вводится в эксплуатацию с одной целью: исследовать темную энергию как спектроскопический инструмент темной энергии (DESI). Его 5000 новых глаз будут отображать расстояние между Землей и миллионами галактик и квазаров.

«Беспрецедентные карты от DESI позволят нам измерить, как со временем расширилась вселенная, чтобы увидеть, как гравитация и темная энергия конкурируют, чтобы тянуть и толкать материал друг от друга». - сказал Профессор Даниэль Эйзенштейн, сопредседатель DESI.

DESI-это сотрудничество между почти 500 исследователями в 75 различных учреждениях в 13 странах. Потребовалось десятилетие, чтобы получить это первое изображение света из далеких галактик. Но этот образец изображения - это только вкус того, что должно произойти.

В основе DESI находятся 5000 волоконно-оптических датчиков, каждый из которых управляется роботом. Датчики расположены за фокальной плоскостью линз, которые составляют остальную часть прицела.

DESI автоматически указывает на предварительно выбранные наборы галактик, собирает их свет, а затем разбивает этот свет на узкие цветные полосы, чтобы точно отобразить их расстояние от Земли. Он может измерить, насколько расширилась Вселенная, когда этот свет попал на Землю. В идеальных условиях DESI может проходить через новый набор из 5000 галактик каждые 20 минут.

«После десятилетия в области планирования, исследований и разработок, монтажа и сборки мы рады, что DESI вскоре может начать поиски тайны темной энергии», - сказал директор DESI Майкл Леви из Национальной лаборатории Министерства энергетики им. Лоуренса в Беркли, ведущее учреждение для строительства и эксплуатации DESI.

«Большая часть материи и энергии Вселенной темны и неизвестны, и эксперименты следующего поколения, такие как DESI, являются нашим лучшим выбором для разгадки этих тайн», - добавил Леви. «Я очень рад, что этот новый эксперимент ожил».

Интерьер 4-метрового телескопа Мейолла в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне. Изображение предоставлено: Kitt Peak / DESI

Сила DESI заключается в его способности измерять 5000 галактик одновременно, по одной с каждым из своих роботизированных волоконно-оптических датчиков. Каждый датчик имеет ширину человеческого волоса, и в хороших условиях они могут сфокусироваться на новой цели примерно за две секунды. Это означает, что всего за одну минуту DESI может переключиться с одного набора из 5000 галактик на другой набор из 5000 галактик.

От датчиков свет от этих далеких галактик и квазаров проходит по сети волоконно-оптических кабелей длиной 241 км к спектрографам. Спектрографы разделяют свет на тысячи длин волн. Вселенная расширяется, и далекие галактики удаляются от нас быстрее, чем близкие галактики. Расщепляя свет от этих далеких галактик и измеряя растянутые длины волн, ученые могут определить, насколько быстро каждая галактика удаляется от нас.

DESI использует скорости и расстояния галактик для создания трехмерной карты Вселенной. Поскольку он настолько быстрый и может нацеливаться на набор из 5000 различных галактик и квазаров так быстро, DESI отобразит в 20 раз больше объектов, чем любой предшественник. В совокупности DESI измеряет и отображает 35 миллионов галактик и 2,4 миллиона квазаров.

Профессор Даниэль Эйзенштейн из центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского институтов, выступает в качестве сопредседателя этого сотрудничества. В пресс-релизе он сказал: «Галактики не разбросаны случайным образом в космосе, а вместо этого образуют сложную модель, из которой мы можем узнать о составе и истории Вселенной. Беспрецедентные карты от DESI позволят нам измерить, как со временем расширилась вселенная, чтобы увидеть, как гравитация и темная энергия конкурируют, чтобы тянуть и раздвигать материал».

Но трехмерная карта Вселенной DESI сделает больше, чем просто пролить свет на темную энергию. Она создаст чрезвычайно ценный набор данных о спектроскопической информации, который может быть использован для решения других задач астрофизических исследований.

Темная энергия - таинственная сила, которая управляет расширением Вселенной, и это расширение набирает скорость. Предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА

Проектирование, сборка, установка и тестирование такого устройства, как DESI, - огромная задача. Но с другой стороны, работа действительно начинается только после того, как ученые получат данные DESI. И, как мы видели в некоторых начинаниях, таких как, например, миссия Кассини, научные усилия по пониманию данных продолжаются еще долго после завершения миссии. И эти данные могут быть полны сюрпризов.

Back to top button