Dunkle Energie ist die mysteriöse Kraft, die die Expansion des Universums vorantreibt. Wir wissen nicht, was dunkle Energie ist, obwohl sie etwa 68 % des Universums ausmacht. Und die Expansion beschleunigt sich, was das Geheimnis nur noch verstärkt.
Ein neues Instrument namens Spektroskopisches Instrument für Dunkelenergie (DESI) wird dunkle Energie untersuchen. Dies geschieht mit 5.000 neuen robotischen „Augen“.
Wissenschaftler und Ingenieure spendierten dem Mayall-Teleskop am Kitt Peak National Observatory 5.000 neue faseroptische Augen. Das 4-Meter-Teleskop (13 Fuß) ist seit 1973 in Betrieb, wird jedoch mit einem einzigen Zweck wieder in Betrieb genommen: um die dunkle Energie als das Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) zu erforschen. Seine 5.000 neuen Augen werden die Entfernung zwischen der Erde und Millionen von Galaxien und Quasaren.
„Die beispiellosen Karten von DESI werden es uns ermöglichen, zu messen, wie sich das Universum im Laufe der Zeit ausgedehnt hat, um zu sehen, wie Schwerkraft und dunkle Energie konkurrieren, um Material auseinanderzuziehen und auseinanderzudrücken.“
Professor Daniel Eisenstein, Zentrum für Astrophysik | Harvard & Smithsonian, DESI-Co-Sprecher
DESI ist eine Kooperation von fast 500 Forschern an 75 verschiedenen Institutionen in 13 Ländern. Es hat ein Jahrzehnt gedauert, bis dieses erste Bild von Licht von fernen Galaxien erhalten wurde. Aber dieses Beispielbild ist nur ein Vorgeschmack auf das, was noch kommen wird.
Das Herzstück von DESI sind die 5.000 faseroptischen Sensoren, die jeweils robotergesteuert werden. Die Sensoren sitzen hinter der Brennebene der Linsen, aus denen der Rest des Zielfernrohrs besteht.
DESI zeigt automatisch auf vorab ausgewählte Galaxiensätze, sammelt ihr Licht und teilt dieses Licht dann in schmale Farbbänder auf, um ihre Entfernung von der Erde genau zu kartieren. Es kann messen, wie sehr sich das Universum ausgedehnt hat, als dieses Licht zur Erde gelangte. Unter idealen Bedingungen kann DESI alle 20 Minuten durch eine neue Gruppe von 5.000 Galaxien radeln.
Die 5000 spektroskopischen „Augen“ von DESI können einen Himmelsbereich abdecken, der etwa 38-mal größer ist als der des Vollmonds, wie in dieser Überlagerung der DESI-Fokusebene am Nachthimmel (oben) zu sehen ist. Dustin Lang, Aaron Meisner, DESI-Kollaboration/ Stellen Sie sich Sky Viewer vor ; NASA/JPL-Caltech/UCLA; und Ältere Umfragen Projekt
„Nach einem Jahrzehnt in Planung und Forschung und Entwicklung, 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 Department of Energy Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), die führende 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 lüften“, fügte Levi hinzu. „Ich freue mich sehr, dass dieses neue Experiment zum Leben erweckt wird.“
Das Innere des 4-Meter-Mayall-Teleskops am Kitt Peak National Observatory in Arizona. Bildquelle: Kitt Peak/DESI
Die Stärke von DESI beruht auf seiner Fähigkeit, 5.000 Galaxien gleichzeitig zu messen, eine mit jedem seiner faseroptischen Robotersensoren. Jeder Sensor hat die Breite eines menschlichen Haares und kann unter guten Bedingungen in etwa zwei Sekunden auf ein neues Ziel fokussieren. Das bedeutet, dass DESI in nur etwa einer Minute von einem Satz von 5.000 Galaxien zu einem anderen Satz von 5.000 Galaxien wechseln kann.
Von den Sensoren gelangt das Licht dieser weit entfernten Galaxien und Quasare über das 241 km lange Netz von Glasfaserkabeln zu Spektrographen. Die Spektrographen teilen das Licht in Tausende von Wellenlängen auf. Das Universum dehnt sich aus und entfernte Galaxien entfernen sich schneller von uns als nähere Galaxien. Durch Aufspaltung des Lichts dieser weit entfernten Galaxien und Messung der gestreckten Wellenlängen können Wissenschaftler bestimmen, wie schnell sich jede Galaxie von uns entfernt.
Eines der zehn „Blütenblätter“ oder „Keile“ von DESI, in dem einige seiner Sensoren installiert sind. Jeder Keil hält 500 faseroptische Sensoren, wobei jeder Sensor robotisch gesteuert wird, um ein separates Ziel anzuvisieren. Insgesamt kann DESI 5.000 Galaxien oder Quasare gleichzeitig messen. Bildquelle: Berkeley Lab.
„Galaxien sind nicht zufällig im Raum verstreut, sondern bilden ein komplexes Muster, aus dem wir etwas über die Zusammensetzung und Geschichte des Universums lernen können.“
PROFESSOR DANIEL EISENSTEIN, ZENTRUM FÜR ASTROPHYSIK | HARVARD & SMITHSONIAN, DESI CO-SPRECHER
DESI verwendet die Geschwindigkeiten und Entfernungen der Galaxien, um eine 3-D-Karte des Universums zu erstellen. Da es so schnell ist und so schnell 5000 verschiedene Galaxien und Quasare anvisieren kann, wird DESI 20-mal mehr Objekte kartieren als jeder Vorgänger. Insgesamt wird DESI 35 Millionen Galaxien und 2,4 Millionen Quasare vermessen und kartieren.
Professor Daniel Eisenstein vom Zentrum für Astrophysik | Harvard & Smithsonian fungiert als Co-Sprecher der Zusammenarbeit. In einem Pressemitteilung Er sagte: „Galaxien sind nicht zufällig im Raum verstreut, sondern bilden ein komplexes Muster, aus dem wir etwas über die Zusammensetzung und Geschichte des Universums lernen können. Die beispiellosen Karten von DESI werden es uns ermöglichen, zu messen, wie sich das Universum im Laufe der Zeit ausdehnt, um zu sehen, wie Schwerkraft und dunkle Energie konkurrieren, um Material auseinanderzuziehen und auseinanderzudrücken.“
Aber die 3D-Karte des Universums von DESI wird mehr tun, als nur dunkle Energie zu beleuchten. Es wird einen enorm wertvollen Datensatz spektroskopischer Informationen erzeugen, der verwendet werden kann, um andere astrophysikalische Forschungsprobleme anzugehen.
Dunkle Energie ist die mysteriöse Kraft, die die Expansion des Universums vorantreibt, und diese Expansion nimmt an Geschwindigkeit zu. Bildquelle: Goddard Space Flight Center der NASA
Professor Douglas Finkbeiner von der Zentrum für Astrophysik | Harvard & Smithsonian erklärt: „Ein schöner Aspekt von DESI ist die Fähigkeit, Präzisionskalibrierung und neuartige statistische Werkzeuge mit der Rohgröße des Datensatzes zu kombinieren. Ich freue mich auf die DESI-Gelegenheit, nicht nur dunkle Energie zu studieren, sondern auch die Milchstraße, Galaxien, Quasare und alles dazwischen.“
Ein Gerät wie DESI zu entwerfen, zu bauen, zu installieren und zu testen ist ein enormes Unterfangen. Aber aus einer anderen Perspektive beginnt die Arbeit erst richtig, wenn Wissenschaftler die Daten von DESI in die Hände bekommen. Und wie wir bei einigen Unternehmungen, wie beispielsweise der Cassini-Mission, gesehen haben, werden die wissenschaftlichen Bemühungen, die Daten zu verstehen, noch lange nach Abschluss der Mission fortgesetzt. Und diese Daten können voller Überraschungen sein.
'Ich bin wirklich gespannt, was wir finden, wonach wir nicht einmal gesucht haben.'
Parker Fagrelius, Projektwissenschaftler, Berkeley National Laboratory
„Es dauert Jahre, diese großen Projekte zu bauen, Jahre zu betreiben und Jahre zu verstehen“, sagt Eisenstein. „DESI wäre nicht möglich ohne das Engagement von Hunderten von Menschen, die zusammenkommen, um diese Ziele zu verfolgen. Das ist in vielerlei Hinsicht die Freude und das Erbe dieser Umfragen.“
„Die Menge an Daten, die wir sammeln können, wird meiner Meinung nach noch mehr Fragen und Antworten in der Astrophysik und Kosmologie aufwerfen, die wir noch nicht stellen können“, sagte Parker Fagrelius, Projektwissenschaftler am Berkeley National Laboratory . 'Ich bin wirklich gespannt, was wir finden, wonach wir nicht einmal gesucht haben.'
