揭开暗能量之谜:成功启动暗能量光谱仪(DESI)

Desi Andromeda Galaxy M31

仙女座星系(M31)的圆盘,跨度超过3度,被一个单一的DESI指向,由大的,淡绿色,圆形覆盖。覆盖层中的小圆圈代表5000个DESI机器人纤维定位器中的每个可访问的区域。在这个样本中,DESI同时收集的5000张光谱不仅包括仙女座星系中的恒星,还包括遥远的星系和类星体。覆盖在这张图片上的DESI光谱是一颗110亿年前的遥远类星体(QSO)。资料来源:DESI合作和DESI遗留成像调查

国际合作,在伯克利实验室的支持下,旨在三维宇宙地图,解开神秘的“暗能量”。

5月17日,在亚利桑那州图森附近的基特峰国家天文台(Kitt Peak National Observatory),一项为期五年、旨在绘制宇宙地图并解开“暗能量”之谜的任务正式开始。为了完成它的任务,暗能量光谱仪器(德西)将捕捉和研究来自宇宙中数千万个星系和其他遥远物体的光。

Desi是由能源劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)管理的国际科学合作,提供了来自Doe Science办事处的建设和行动的主要资金。

通过从大约3000万个星系中收集光线,项目科学家表示,Desi将帮助他们用前所未有的细节构建宇宙的3D地图。这些数据将帮助他们更好地了解与“暗能”相关的排斥力,以驱动宇宙距离宽阔的宇宙扩展的加速。

美国能源部高能物理副主任Jim Siegrist说:“我们很高兴看到DESI的开始,这是第一个开始科学调查的下一代暗能量项目。我们也要祝贺伯克利实验室,自从1999年首次发现暗能量以来,该实验室继续增强我们研究暗能量本质的能力。美国能源部的伯克利实验室成功地领导了13个国家的DESI团队,包括美国政府、私人和国际贡献,在设计、制造和调试世界上首屈一指的多目标摄谱仪。与美国国家科学基金会的强有力的跨部门合作使得能源部能够在他们的Mayall望远镜上安装和操作DESI,这是进行这项惊人实验所必需的。除了暗能量研究的主要任务外,该数据集还将被更广泛的科学界用于众多天体物理学研究。”

DESI与以往的天空观测有何不同?伯克利实验室的项目主管迈克尔·列维(Michael Levi)说,“我们将测量到比以往得到的星系光谱多10倍的光谱。”这些光谱为我们提供了三维空间。”他解释说,该仪器收集的不是星系、类星体和其他遥远物体的二维图像,而是来自宇宙的光或光谱,这样它就“成为了一个时间机器,我们把这些物体放在一个时间轴上,最远可追溯到110亿年前。”


在德尼提供的3D旅程,后面通过附近的光明星系(黄色),发光红色星系(红色),排放线星系(绿色)和Quasars(蓝色)的灯光倒退的光线之路。Intergalactic培养基(白线)。这里显示的宇宙的长度较薄,宇宙在手臂上持有,并在5小时内显示由Desi测量的30,000个星系。Desi将在未来五年内调查近一千次数。信用:David Kirkby / Desi Collaboration

“DESI is the most ambitious of a new generation of instruments aimed at better understanding the cosmos – in particular, its dark energy component,” said project co-spokesperson Nathalie Palanque-Delabrouille, a cosmologist at France’s Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA). She said the scientific program – including her own interest in quasars – will allow researchers to address with precision two primary questions: what is dark energy; and the degree to which gravity follows the laws of general relativity, which form the basis of our understanding of the cosmos.

Palanque-Delabrouille说:“从大约10年前我们开始设计调查,然后决定观察哪些目标,现在我们拥有了能够实现这些科学目标的仪器,这是一个漫长的旅程。”“看到我们今天所处的位置非常令人兴奋。”

DESI的五年调查正式开始之前,它的定制仪器进行了4个月的试运行,捕获了400万张星系光谱——比之前所有光谱调查的总和还要多。

DESI焦平面切片

DESI焦平面的一小部分照片,显示了独一无二的机器人定位器。安装在机器人定位器中的光纤,在这张图片中背光是蓝色的。信贷:德合作

DESI仪器安装在基特峰国家天文台的Nicholas U. Mayall 4米望远镜上。基特峰国家天文台是国家科学基金会(NSF) NOIRLab的一个项目,该项目已经允许能源部操作Mayall望远镜用于DESI的调查。该仪器包括增加望远镜视场的新光学设备,还包括5000根机器人控制的光纤,用于从望远镜视场内相同数量的物体收集光谱数据。

“我们没有使用最大的望远镜,”伯克利实验室的David Schlegel说,他是Desi项目科学家。“这是乐器更好,非常高度多路复用,这意味着我们可以立即捕获来自许多不同物体的光。”

施莱格尔说,事实上,望远镜“可以同时指向5000个不同的星系”。他解释说,在任何一个特定的夜晚,当望远镜移动到一个目标位置时,光纤就会排列起来,收集从望远镜镜面反射的来自星系的光。从那里,光线被送入一组摄谱仪和CCD摄像机,进行进一步的处理和研究。

“这真的是我们拥有的一个工厂——一个光谱工厂,”勘测验证负责人Christophe Yeche说,他也是CEA的宇宙学家。“我们每20分钟可以收集5000张光谱。在一个美好的夜晚,我们收集大约15万个物体的光谱。”

俄亥俄州立大学的物理学教授Klaus Honscheid说:“让我们走到这一步的不仅仅是仪器硬件,还有仪器软件,即DESI的中枢神经系统。”Klaus Honscheid指导了DESI仪器控制和监测系统的设计。他认为他的团队和世界各地的许多人已经制造和测试了成千上万的DESI部件,其中大部分都是该仪器独有的。

Desi收集的光谱是对应于彩虹颜色的光的组件。它们的特性包括波长,揭示了所观察到的物体的化学成分等信息以及关于它们的相对距离和速度的信息。

随着宇宙的膨胀,星系彼此远离,它们发出的光也会变成波长更长、更红的光。星系越遥远,它的“红移”就越大。通过测量星系红移,DESI研究人员将绘制出宇宙的3D地图。星系在地图上的详细分布有望对暗能量的影响和本质产生新的见解。

“暗能量是DESI的关键科学驱动力之一,”项目联合发言人Kyle Dawson说,他是犹他大学的物理学和天文学教授。“我们的目标不是找出有多少暗能量——我们知道现在宇宙中大约70%的能量是暗能量——而是研究它的性质。”

道森解释说,宇宙膨胀的速度取决于它的总能量含量。当DESI仪器向外观察空间和时间时,他说,“我们可以照下今天、昨天、10亿年前、20亿年前的快照——尽可能远的时间。”然后我们就能计算出这些快照中的能量含量,看看它是如何演变的。”

Desi由DOE科学办公室和国家能源研究科学计算中心支持,科学用户设施的DOE办事处。Additional support for DESI is provided by the U.S. National Science Foundation, the Science and Technologies Facilities Council of the United Kingdom, the Gordon and Betty Moore Foundation, the Heising-Simons Foundation, the French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA), the National Council of Science and Technology of Mexico, the Ministry of Economy of Spain, and by the DESI member institutions.

DESI合作团队有幸被允许在Iolkam Du 'ag (Kitt Peak)进行科学研究,这是一座对Tohono O 'odham国家具有特殊意义的山峰。

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