prístroj na spektroskopiu tmavej energieDESI) zavŕšil prvých sedem mesiacov svojho prieskumu tým, že prelomil všetky predchádzajúce záznamy 3D prieskumov galaxií, čím vytvoril najväčšiu a najdetailnejšiu mapu vesmíru, aká bola kedy vytvorená. Počas svojej päťročnej misie sa však priblíži len k 10 % cesty. Po dokončení táto masívne podrobná 3D mapa umožní lepšie porozumieť temnej energii, a tak fyzikom a astronómom umožní lepšie pochopiť minulosť a budúcnosť vesmíru. Úžasný technický výkon a kozmické úspechy doterajšieho prieskumu medzitým pomáhajú vedcom odhaliť tajomstvá najsilnejších zdrojov svetla vo vesmíre.

DESI je medzinárodná vedecká spolupráca riadená Národným laboratóriom Lawrence Berkeley (Berkeley Laboratory) ministerstva energetiky s počiatočným financovaním výstavby a prevádzky z Úradu vedy ministerstva energetiky.

Vedci DESI prezentujú výkon prístroja a niektoré skoré výsledky astrofyziky tento týždeň na webinári organizovanom Berkeley Lab s názvom CosmoPalooza, ktorý bude obsahovať aj aktualizácie z iných prelomových kozmických experimentov.

„Je v tom veľa krásy,“ povedal Julian Gay, vedec z Berkeley Lab, jeden z rečníkov. „V rozmiestnení galaxií na 3D mape sú masívne zhluky, vlákna a dutiny. Sú to najväčšie štruktúry vo vesmíre. Ale v nich nájdete odtlačok veľmi raného vesmíru a históriu jeho expanzie.“ odvtedy.“

DESI prešla dlhú cestu, aby sa dostala do tohto bodu. Pôvodne to bolo navrhnuté pred viac ako desiatimi rokmi a stavba zariadenia sa začala v roku 2015. Je inštalované v 4-metrovom ďalekohľade Nicholasa U Maywella na observatóriu Kate Summit neďaleko Tucsonu v Arizone. Národné observatórium Kitt Peak je program Národnej vedeckej nadácie (NSF) NOIRLab, s ktorou ministerstvo energetiky uzavrelo zmluvu na prevádzkovanie teleskopu Mayall pre prieskum DESI. Prístroj uzrel prvé svetlo koncom roka 2019. Potom, počas fázy overovania, zasiahla pandémia koronavírusu a teleskop sa na niekoľko mesiacov vypol, hoci niektoré práce na diaľku pokračovali. V decembri 2020 DESI opäť obrátilo svoje zameriavače k ​​oblohe, otestovalo svoj hardvér a softvér a do mája 2021 bolo pripravené začať svoj vedecký prieskum.

Posúvajte sa po 3D mape galaxií z dokončeného prieskumu oblohy Sloan Digital Sky Survey.

Výrez cez 3D mapu galaxií z prvých mesiacov spektroskopie temnej energie (DESI; vpravo). Zem sa nachádza v strede a najvzdialenejšie galaxie sú od nej vzdialené viac ako 10 miliárd svetelných rokov. Každý bod predstavuje jednu galaxiu. Tento 2D výrez mapy 3D DESI zobrazuje len asi 800 000 zo 7,5 milióna galaxií, ktoré sú momentálne naskenované, čo je samo o sebe len zlomok z 35 miliónov galaxií, ktoré budú na konečnej mape. Poďakovanie: D. Schlegel/Berkeley Lab s použitím údajov z DESI

Po začatí prieskumu však práca na samotnom DESI neskončila. „Neustále sa pracuje na tom, aby tento nástroj fungoval,“ povedal fyzik Klaus Hünscheid z Ohio State University, strojový vedec zapojený do projektu, ktorý predstaví prvý príspevok zo zasadnutia CosmoPalooza DESI. Honscheid a jeho tím zabezpečujú hladký a automatický chod nástroja, ideálne bez akéhokoľvek rušenia počas nočného monitorovania. „Spätná väzba, ktorú dostávam od nočných strážcov, je, že smeny sú nudné, a beriem to ako kompliment,“ povedal.

Táto monotónna priepustnosť si však vyžaduje neuveriteľne detailné ovládanie každého z 5 000 sofistikovaných robotov, ktoré umiestňujú optické vlákna na prístroj DESI, čím zaisťujú, že ich polohy sú presné s presnosťou 10 mikrónov. „Desať mikrónov je veľmi málo,“ povedal Honshed. „Je to menej ako hrúbka ľudského vlasu.“ A musíte zapojiť každého robota, aby zbieral svetlo z galaxií, ktoré sú vzdialené miliardy svetelných rokov. Vždy, keď si spomeniem na tento systém, rozmýšľam, ako ho môžeme dosiahnuť? Úspech DESI ako nástroja je niečo, na čo môžeme byť hrdí.“

Vidieť skutočné farby temnej energie

Táto úroveň zdravie Je potrebné splniť hlavné poslanie prieskumu: zhromaždiť podrobné snímky farebného spektra miliónov galaxií na viac ako tretine celej oblohy. Rozbitím svetla z každej galaxie do ich farebného spektra môže DESI kvantifikovať červený posun svetla – natiahnutý smerom k červenému koncu spektra expanziou vesmíru za miliardy rokov, ktoré prešlo, kým sa dostalo na Zem. Práve tieto červené posuny spôsobujú, že DESI vidí hĺbku oblohy.

Čím väčší je červený posun spektra galaxie vo všeobecnosti, tým je od nej ďalej. S 3D mapou vesmíru v ruke môžu fyzici mapovať zhluky a superkopy galaxií. Tieto štruktúry nesú ozveny ich počiatočnej formácie, keď boli len vlnkami v detskom vesmíre. Spustením týchto ozvien môžu fyzici použiť údaje DESI na určenie histórie expanzie vesmíru.

Nový kvazar objavený pomocou DESI poskytuje pohľad na vesmír, aký bol pred takmer 13 miliardami rokov, menej ako miliardu rokov po Veľkom tresku. Toto je najvzdialenejší kvazar DESI, ktorý bol doteraz zistený, z výberu kvazarov DESI s extrémne vysokým červeným posunom. Pozadie zobrazuje tento kvazar a jeho okolie v prieskumoch DESI Legacy Photogrammetry Surveys. Poďakovanie: Jenny Yang, Steward Observatory/University of Arizona

Naším vedeckým cieľom je zmerať odtlačok prsta vĺn v prapôvode plazmaPovedal chlap. „Je úžasné, že v našom prieskume môžeme skutočne odhaliť účinok týchto vĺn po miliardách rokov a tak rýchlo.“

Pochopenie histórie expanzie je kľúčové, pretože v stávke nie je nič menšie ako osud celého vesmíru. Dnes asi 70 % obsahu vesmíru tvorí temná energia, záhadná forma energie, ktorá poháňa rýchlejšie rozpínanie vesmíru. Ako sa vesmír rozpína, objavuje sa viac temnej energie, čím sa expanzia ďalej zrýchľuje v cykle, ktorý poháňa časť temnej energie vo vesmíre nahor. Temná energia nakoniec určí osud vesmíru: bude sa rozpínať navždy? Či sa znova zrúti do seba, do veľký výbuch dozadu? Alebo sa roztrhne? Odpovedať na tieto otázky znamená dozvedieť sa viac o tom, ako sa tmavá energia správala v minulosti – a presne na to bol DESI navrhnutý. A porovnaním histórie expanzie s históriou rastu môžu kozmológovia overiť, či Einsteinova teória všeobecnej relativity obstojí v týchto obrovských úsekoch priestoru a času.

Čierne diery a jasné galaxie

Pochopenie osudu vesmíru však musí počkať, kým DESI nedokončí viac zo svojho prieskumu. Medzitým DESI už prináša prelomy v našom chápaní vzdialenej minulosti, pred viac ako 10 miliardami rokov, keď boli galaxie ešte mladé.

„Je to naozaj úžasné,“ povedala Ragadeepika Pucha, postgraduálna študentka astronómie na univerzite v Arizone pracujúca na DESI. „DESI nám povie viac o fyzike formovania a vývoja galaxií.“

Pucha a jej kolegovia používajú údaje DESI na pochopenie správania stredne veľkých čiernych dier v malých galaxiách. Predpokladá sa, že supermasívne čierne diery obývajú srdce takmer každej veľkej galaxie, ako je tá naša mliečna dráha. Ale či malé galaxie vždy majú vo svojich jadrách svoje vlastné (menšie) čierne diery. Čierne diery by bolo takmer nemožné nájsť samy o sebe – ale ak priťahujú dostatok materiálu, bude ich ľahšie odhaliť. Pri páde plynu, prachu a iných materiálov Čierna diera Keď sa na ceste do vnútrozemia ohreje (na teploty nad jadrom hviezdy), vytvorí sa aktívne galaktické jadro (AGN). Vo veľkých galaxiách patria aktívne galaktické jadrá medzi najjasnejšie objekty v známom vesmíre. Ale v menších galaxiách môžu byť AGN oveľa slabšie a ťažko odlíšiteľné od novonarodených hviezd. Spektrá zachytené DESI by mohli pomôcť vyriešiť tento problém – a ako ďaleko sa rozšíria po oblohe, poskytne viac informácií o jadrách mladých galaxií ako kedykoľvek predtým. Tieto jadrá zase poskytnú vedcom informácie o tom, ako sa AGN tvorili v ranom vesmíre.

Kvazary – rôznorodá skupina jasných galaxií – patria medzi najjasnejšie a najvzdialenejšie objekty. „Rada o nich uvažujem ako o kandelábroch pri pohľade späť na históriu vesmíru,“ povedala Victoria Fawcettová, postgraduálna študentka astronómie na Durhamskej univerzite vo Veľkej Británii. Kvazary sú vynikajúce sondy raného vesmíru vďaka svojej čírej sile. Údaje DESI sa vrátia v čase 11 miliárd rokov.

Fawcett a jej kolegovia používajú údaje DESI na pochopenie vývoja samotných kvazarov. Predpokladá sa, že kvazary začínajú obklopené prachovým obalom, ktorý sčervená svetlo, ktoré vyžarujú, ako slnko cez opar. Ako starnú, vypudzujú tento prach a stávajú sa modrými. Ale túto teóriu bolo ťažké otestovať kvôli nedostatku údajov o červených kvazaroch. DESI to mení, keďže sa našlo viac kvazarov ako ktorýkoľvek predchádzajúci prieskum, pričom v konečných údajoch prieskumu sa očakáva 2,4 milióna kvazarov.

„DESI je naozaj skvelé, pretože zachytáva veci, ktoré sú slabšie a červenšie,“ povedal Fawcett. Dodáva, že to vedcom umožňuje testovať myšlienky o vývoji kvazarov, ktoré predtým nebolo možné testovať. A to sa neobmedzuje len na kvazary. „Nachádzame veľmi veľké množstvo exotických systémov vrátane veľkých vzoriek vzácnych vecí, ktoré sme predtým nemohli podrobne študovať,“ povedal Fawcett.

Je tu viac DESI. Prieskum už skatalogizoval viac ako 7,5 milióna galaxií a pridáva ďalšie rýchlosťou viac ako milión galaxií za mesiac. Len v novembri 2021 DESI katalogizovala červené posuny 2,5 milióna galaxií. Očakáva sa, že do konca svojej prevádzky v roku 2026 bude mať DESI vo svojom katalógu viac ako 35 miliónov galaxií, čo umožní široké spektrum kozmologického a astrofyzického výskumu.

„Všetky tieto údaje sú tam a čakajú len na analýzu,“ povedal Bucha. „A potom nájdeme veľa úžasných vecí o galaxiách. Pre mňa je to vzrušujúce.“

DESI je podporovaný Úradom vedy pre energetiku a Národným centrom pre vedecké výpočty pre energetický výskum, užívateľským zariadením Úradu vedy ministerstva energetiky. Dodatočnú podporu pre DESI poskytuje americká Národná vedecká nadácia, Rada pre vedecké a technologické zariadenia Spojeného kráľovstva, Nadácia Gordona a Betty Mooreovcov, Heising-Simonsova nadácia, Francúzska komisia pre alternatívnu a atómovú energiu (CEA), Národná veda a Technology Council of Mexico, Ministerstvo španielskeho hospodárstva, členské inštitúcie DESI.

DESI Collaboration má tú česť umožniť mu vykonávať vedecký výskum Mount Iolkam Du’ag (Kitt Peak), vrchu mimoriadneho záujmu národa Tohono O’odham.