用5000只机器眼睛探索暗能量的“时间机器”

desi的5,000个光谱眼睛


Desi的5,000个光谱“眼睛”可以覆盖比满月大约38倍的天空,如Desi的焦平面上的夜空(顶部)的覆盖层所见。这些机器人控制的眼睛中的每一个都可以在单个物体上固定光纤电缆以收集其光(红色圆圈标记单个定位器的位置)。由单一光纤电缆从三角座星系的小区域收集的收集光被分离成光谱(底部),揭示了元件的指纹存在于星系并有助于计量的距离星系。这里显示的测试谱目由Desi于2019年10月22日收集。信贷:Desi合作

暗能量光谱仪开始了最后的测试,为一项为期5年的调查奠定了基础,该调查将分析3500万个星系的光线。

2019年10月22日,亚利桑那州一架望远镜上安装的新仪器将5000只光纤“眼睛”机器人阵列对准夜空,捕捉到展示其独特的星系光视图的首批图像。

这是暗能谱仪器的第一次测试,称为德西,现已基本完工。这台期待已久的仪器旨在探索暗能量的奥秘,暗能量占宇宙的68%,并且正在加速它的膨胀。

DESI的组件被设计成自动指向预先选定的星系集合,收集它们的光,然后将这些光分割成窄的彩色带,以精确地绘制出它们与地球的距离,并测量这些光到达我们这里时宇宙膨胀了多少。在理想的条件下,DESI可以每20分钟穿越5000个星系。

“DESI将是真正的变革。它能让我们回到110亿年前以前所未有的精确度测量古代光。这一结果将是我们对暗能量理解的一大飞跃。”– Risa Wechsler

“After a decade in planning and R&D, installation and assembly, we are delighted that DESI can soon begin its quest to unravel the mystery of dark energy,” said DESI Director Michael Levi of the Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory, the lead institution for DESI’s construction and operations. “Most of the universe’s matter and energy are dark and unknown, and next-generation experiments like DESI are our best bet for unraveling these mysteries.”

里莎·韦克斯勒和迈克尔·列维


2019年8月,前DESI发言人Risa Wechsler和DESI项目主任Michael Levi在观看正在安装在Mayall望远镜上的暗能量光谱仪器。信贷:路易斯·费尔南德斯

Risa Wechsler是DESI合作项目的前发言人,也是Kavli粒子天体物理和宇宙学研究所(KIPAC)的主任,她说:“看到这个仪器成为现实,合作准备好获取数据,这是非常令人兴奋的。DESI将是真正的变革。它能让我们回到110亿年前以前所未有的精确度测量古代光。这一结果将是我们对暗能量理解的一大飞跃。”

来自13个国家75个机构的近500名研究人员参与了DESI合作,其中包括来自美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的联合研究所KIPAC的科学家。最新的里程碑标志着在2020年初正式开始观测之前,DESI的最后测试开始了。

用来研究暗能量的时间机器

像一个强大的时间机器,DESI将深入观察宇宙的婴儿期和早期发展,以创建迄今为止最详细的宇宙3D地图。

在5年的运行中,通过反复绘制3500万个星系和240万个类星体的距离,横跨三分之一的天空,DESI将教会我们更多关于暗能量的知识。特别的是,类星体——活跃的星系,是宇宙中最明亮的天体之一——将允许DESI深入研究宇宙的过去。

因此,DESI将提供非常精确的宇宙膨胀率测量。引力减缓了早期宇宙的膨胀速度,但暗能量加速了它的膨胀。

但Desi数据将超出确定宇宙扩展速率。它也会更轻松地阐明扩张如何影响星系和其他天体物理物体形式的方式和随时间的增长。

“DESI将让我们前所未有地测量宇宙的某些特性,”与韦克斯勒合作的KIPAC研究科学家庄家勋(Chia-Hsun Chuang)说。他领导着一组DESI科学家,他们目前正在模拟暗能量如何影响重子声振荡——早期宇宙中由声波引起的物质密度的波动。

将5000只“眼睛”指向天空

2018年2月,亚利桑那州图森附近基特峰国家天文台的尼古拉斯·u·梅奥尔望远镜开始安装DESI。

“With DESI we are combining a modern instrument with a venerable old telescope to make a state-of-the-art survey machine,” said Lori Allen, director of Kitt Peak National Observatory at the National Science Foundation’s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory.

在过去的18个月中,将Desi组件的Bevy运往地球机构的网站,并安装在望远镜上。

德西的焦平面


这是一个完整安装的DESI焦平面的视图,它有5000个自动机器人定位器,每个都携带一根光纤电缆来收集星系的光。信贷:德合作

一个特定的技术杰作是Desi的焦平面,它带有5,000个机器人定位器,其在编排的“舞蹈”中旋转,以专注于个体星系。

这些小型机器人 - 每次握住围绕人发的平均宽度的光聚光光缆 - 用作Desi的“眼睛”。定位器需要大约10秒的速度旋转到新的靶向星系的新序列。凭借其前所未有的测量速度,Desi将映射到比以前的任何实验更多20倍。

焦平面包含50万个独立部件,由10个楔形花瓣组成,每个花瓣包含500个定位器和一个小相机,用来帮助望远镜引导、聚焦和对齐(GFA系统)。KIPAC研究人员Kevin Reil和Aaron Roodman参与了GFA相机及其软件的开发和调试的各个方面。

DESI的焦平面由10个楔形花瓣组成

DESI的圆形焦平面由10个楔形花瓣组成,每个花瓣上有500个机器人定位器,它们分别以星系为目标,通过细光纤电缆收集它们的光。来源:克里斯蒂安·索托,美国国家科学基金会OIR实验室/AURA/国家科学基金会

分析古代光

在最近抵达凯特峰的一批摄谱仪中,设计这些摄谱仪的目的是将收集到的光分解成数千个波长,以便在广泛的颜色范围内对观测到的星系进行精确的距离测量。

这些摄谱仪可以让DESI的机器眼睛“看到”甚至是微弱的、遥远的星系,它们被设计用来测量红移,即远离我们的物体向更长、更红的波长移动时的颜色偏移。红移类似于消防车的汽笛声在远离我们时变成了较低的音调。

“DESI是一个非常令人兴奋的项目,它将利用这些红移来进行重子声振荡和暗能量的引人注目的测量,”鲁德曼说。“同样令人兴奋的是,这些数据将与下一代大型巡天望远镜(Large Synoptic Survey Telescope)的数据高度互补,后者将以其他方式测量暗能量。”他说,这两个数据集的结合将为研究这种神秘的宇宙属性提供独特的机会。

目前已经安装了8台DESI光谱仪,年底前还将安装两台。为了将焦平面与望远镜下方的摄谱仪连接起来,DESI配备了大约150英里长的光纤电缆。

“这是一个非常激动人心的时刻,”Nathalie Palanque-Delabrouille说,她是DESI的发言人,也是法国替代能源和原子能委员会(CEA)的天体物理学研究员,她参与了决定DESI将观察哪些星系和其他物体的选择过程。“仪器都在那儿。从一开始就能参与其中就非常令人兴奋。”

Michigan大学的物理教授GregoryTarlé领导学生团队的组装机器人定位器和相关组件,表示,在项目中达到一个阶段,令人欣慰的是,所有Desi的复杂组件都在一起运作。UM总共提供了7,300个机器人定位器,包括备件。在生产山峰期间,球队每天搅拌约50个定位器。

现在,构建DESI的艰苦工作已经基本完成,Tarlé表示,他期待DESI的发现。

“我想知道黑暗能量的本质是什么,”他说。“我们终于在真正试图了解这个主导宇宙的东西的性质。”

暗能量光谱仪器DESI将动员5000个旋转机器人——每个机器人都指向一根细的光纤电缆——来收集来自大约3500万个星系的光。这些小机器人被设计用来固定一系列预先选定的远在110亿光年之外的天空物体。通过研究这些星系是如何远离我们的,DESI将提供宇宙加速膨胀的精确测量。(DESI协作;玛丽莲涌/伯克利实验室)

Desi由美国能源部科学厅提供支持;美国国家科学基金会;英国科技设施委员会;戈登和贝蒂摩尔基金会;Heising-Simons基金会;法国替代能源和原子能委员会(CEA);国家科技理事会墨西哥;西班牙经济部;和Desi成员机构。Desi科学家们很荣幸能够在Iolkam du'ag(Kitt Peak),一座山上对Tohono O'odham国家特别重要的山区进行天文学研究。

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