Das spektroskopische Instrument für Dunkle Energie beginnt mit der Endprüfung und schafft die Voraussetzungen für eine 5-jährige Studie, die das Licht von 35 Millionen Galaxien analysieren wird.

Ein neues Instrument, das auf einem Teleskop in Arizona montiert wurde, richtete seine robotergestützte Anordnung von 5.000 faseroptischen “Augen” am Nachthimmel am 22. Oktober auf die ersten Bilder, die seinen einzigartigen Blick auf das Galaxienlicht zeigen.

Es war der erste Test des spektroskopischen Dunklenergie-Instruments, bekannt als DESI, der nun fast abgeschlossen ist. Das lang erwartete Instrument wurde entwickelt, um das Geheimnis der dunklen Energie zu erforschen, die etwa 68 Prozent des Universums ausmacht und ihre Expansion beschleunigt.

Die 5.000 spektroskopischen “Augen” des DESI können eine etwa 38 mal größere Himmelsfläche bedecken als der Vollmond, wie diese Überlagerung der Fokusebene des DESI am Nachthimmel zeigt (oben). Jedes dieser robotergesteuerten Augen kann ein Glasfaserkabel an einem einzelnen Objekt befestigen, um sein Licht zu erfassen (der rote Kreis markiert die Position eines einzelnen Positionierers).

Das gesammelte Licht, das von einem kleinen Bereich in der Triangulum-Galaxie über ein einziges Glasfaserkabel gesammelt wird, wird in ein Spektrum (unten) aufgeteilt, das die Fingerabdrücke der in der Galaxie vorhandenen Elemente aufdeckt und bei der Messung der Entfernung zur Galaxie hilft. Das hier gezeigte Testspektrum wurde am 22. Oktober von DESI gesammelt. (DESI Zusammenarbeit)

Die Komponenten von DESI sind so konzipiert, dass sie automatisch auf vorgewählte Galaxiensätze zeigen, ihr Licht sammeln und dieses dann in schmale Farbbänder aufteilen, um ihren Abstand zur Erde genau abzubilden und zu messen, wie stark sich das Universum ausdehnte, als dieses Licht zu uns kam. Unter idealen Bedingungen kann DESI alle 20 Minuten durch einen neuen Satz von 5.000 Galaxien radeln.

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“Nach einem Jahrzehnt in den Bereichen Planung und F&E, Installation und Montage freuen wir uns, dass DESI bald mit der Suche nach dem Geheimnis der dunklen Energie beginnen kann”, sagte DESI-Direktor Michael Levi vom Lawrence Berkeley National Laboratory des Department of Energy, der führenden Institution für den Bau und Betrieb von DESI.

“Der größte Teil der Materie und Energie des Universums ist dunkel und unbekannt, und Experimente der nächsten Generation wie DESI sind unsere beste Wahl, um diese Geheimnisse zu lösen.”

Risa Wechsler, ehemalige Sprecherin der DESI-Kooperation und Direktorin des Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC), sagte: “Es ist äußerst spannend zu sehen, wie das Instrument zur Realität wird und die Zusammenarbeit sich auf ihre Daten vorbereitet. DESI wird wirklich transformativ sein. Es wird uns ermöglichen, 11 Milliarden Jahre in der Zeit zurückzugehen und das alte Licht mit beispielloser Präzision zu messen. Die Ergebnisse werden ein großer Sprung in unserem Verständnis von dunkler Energie sein.”

An der DESI-Kooperation nehmen fast 500 Forscher an 75 Institutionen in 13 Ländern teil, darunter Wissenschaftler von KIPAC, einem gemeinsamen Institut des SLAC National Accelerator Laboratory des DOE und der Stanford University. Der jüngste Meilenstein markiert den Beginn der letzten Tests von DESI vor dem formalen Beginn der Beobachtungen Anfang 2020.


Eine Zeitmaschine zum Studium der Dunklen Energie

Wie eine leistungsstarke Zeitmaschine wird DESI tief in die Kindheit und frühe Entwicklung des Universums blicken, um die bisher detaillierteste 3D-Karte des Universums zu erstellen.

Indem DESI die Entfernung zu 35 Millionen Galaxien und 2,4 Millionen Quasaren über einen Zeitraum von fünf Jahren wiederholt auf einem Drittel der Fläche des Himmels kartiert, wird uns DESI mehr über die dunkle Energie vermitteln. Insbesondere Quasare – aktive Galaxien, die zu den hellsten Objekten im Universum gehören – werden es DESI ermöglichen, tief in die Vergangenheit des Universums einzutauchen.

Damit liefert DESI sehr genaue Messungen der Expansionsrate des Universums. Die Schwerkraft verlangsamte diese Expansionsrate im frühen Universum, aber die dunkle Energie war für die Beschleunigung ihrer Expansion verantwortlich.

Aber die DESI-Daten werden über die Bestimmung der Rate der kosmischen Ausdehnung hinausgehen. Es wird auch mehr Licht darauf werfen, wie sich die Expansion auf die Art und Weise auswirkt, wie Galaxien und andere astrophysikalische Objekte entstehen und wachsen.

“DESI wird uns erlauben, bestimmte Eigenschaften des Universums wie nie zuvor zu messen”, sagte Chia-Hsun Chuang, eine KIPAC-Forscherin, die mit Wechsler arbeitet. Er leitet eine Gruppe von DESI-Wissenschaftlern, die derzeit Simulationen durchführen, wie die dunkle Energie die baryonische akustische Schwingung beeinflusst hat – Schwankungen in der Dichte der Materie, die durch Schallwellen im frühen Universum verursacht werden.
5.000 “Augen” auf den Himmel gerichtet.

Die Installation von DESI begann im Februar 2018 am Nicholas U. Mayall Teleskop am Kitt Peak National Observatorium in der Nähe von Tucson, Arizona.

“Mit DESI kombinieren wir ein modernes Instrument mit einem ehrwürdigen alten Teleskop zu einer hochmodernen Vermessungsmaschine”, sagt Lori Allen, Direktorin des Kitt Peak National Observatory am National Science Foundation’s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory.

In den letzten 18 Monaten wurde eine Vielzahl von DESI-Komponenten von Institutionen auf der ganzen Welt an die Baustelle geliefert und auf dem Teleskop installiert.

Ein besonderes technologisches Meisterwerk ist die Fokusebene von DESI, die 5.000 Roboterpositionierer trägt, die in einem choreografierten “Tanz” schwenken, um sich auf einzelne Galaxien zu konzentrieren.

Diese kleinen Roboter – die jeweils ein Licht sammelndes Glasfaserkabel halten, das etwa der durchschnittlichen Breite eines menschlichen Haares entspricht – dienen DESI als “Augen”. Es dauert etwa 10 Sekunden, bis die Positionierer zu einer neuen Folge von Zielgalaxien schwenken. Mit seiner beispiellosen Vermessungsgeschwindigkeit wird DESI mehr als 20 mal mehr Objekte kartieren als jedes andere vorherige Experiment.

Die Fokalebene, die eine halbe Million Einzelteile enthält, ist in einer Reihe von 10 keilförmigen Blütenblättern mit je 500 Stellungsreglern und einer kleinen Kamera angeordnet, die der Teleskopführung, Fokussierung und Ausrichtung dienen (GFA-System). Die KIPAC-Forscher Kevin Reil und Aaron Roodman waren an verschiedenen Aspekten der Entwicklung und Inbetriebnahme der GFA-Kamera und ihrer Software beteiligt.

Analysieren von altem Licht

Zu den jüngsten Ankünften am Kitt Peak gehört die Sammlung von Spektrographen, die das gesammelte Licht in Tausende von Wellenlängen aufteilen sollen, um präzise Entfernungsmessungen der beobachteten Galaxien über ein breites Farbspektrum zu ermöglichen.

Diese Spektrographen, die es DESIs Roboteraugen ermöglichen, auch schwache, entfernte Galaxien zu “sehen”, wurden entwickelt, um die Rotverschiebung zu messen, d.h. eine Farbverschiebung von Objekten, die sich von uns wegbewegen, zu längeren, röteren Wellenlängen. Die Rotverschiebung ist analog dazu, wie sich das Geräusch der Sirene eines Feuerwehrfahrzeugs in niedrigere Töne verschiebt, wenn es sich von uns entfernt.

“DESI ist ein sehr spannendes Projekt, das diese Rotverschiebungen für überzeugende Messungen von baryonischen akustischen Schwingungen und dunkler Energie nutzen wird”, sagte Roodman. “Es ist auch spannend, dass diese Daten die Daten des Large Synoptic Survey Telescope der nächsten Generation, das die dunkle Energie auf andere Weise messen wird, sehr gut ergänzen werden.” Beide Datensätze kombiniert werden einzigartige Möglichkeiten bieten, diese mysteriöse kosmische Eigenschaft zu untersuchen, sagte er.

Inzwischen sind acht DESI-Spektrographen installiert, die letzten beiden kommen noch vor Jahresende an. Um die Fokusebene mit den Spektrographen, die sich unter dem Teleskop befinden, zu verbinden, ist DESI mit etwa 150 Meilen Glasfaserkabeln ausgestattet.

“Dies ist ein sehr aufregender Moment”, sagte Nathalie Palanque-Delabrouille, eine DESI-Sprecherin und Astrophysikerin bei der französischen Kommission für alternative Energien und Atomenergie (CEA), die am Auswahlverfahren teilgenommen hat, um festzustellen, welche Galaxien und andere Objekte DESI beobachten wird. “Das Instrument ist alles da. Es war sehr aufregend, von Anfang an dabei zu sein.”

Gregory Tarlé, Physikprofessor an der University of Michigan (UM), der die Studententeams leitete, die die Roboterpositionierer und verwandte Komponenten zusammenstellten, sagte, es sei erfreulich, eine Phase im Projekt zu erreichen, in der alle komplexen Komponenten von DESI zusammen funktionieren. UM lieferte insgesamt 7.300 Roboter-Positionierer, einschließlich Ersatzteile. Während der Produktionsspitze produzierten die Teams täglich etwa 50 Positionierer.

Nachdem die harte Arbeit beim Bau von DESI nun weitgehend abgeschlossen ist, sagte Tarlé, er freue sich auf die Entdeckungen von DESI.

“Ich möchte herausfinden, was die Natur der dunklen Energie ist”, sagte er. “Wir haben endlich eine Chance, die Natur dieses Materials zu verstehen, das das Universum dominiert.”

Web > DESI > desi.lbl.gov

Quelle/Sender: SLAC Stanford