45-vuotias kaukoputki saa korkean teknologian päivityksen, jonka avulla se voi etsiä vastauksia tähtitieteen hämmentävimpiin kysymyksiin, mukaan lukien pimeän energian olemassaolo, hypoteettinen näkymätön voima, joka saattaa johtaa universumi.
Arizonassa sijaitseva Nicholas U. Mayall -teleskooppi sulkeutui aiemmin tällä viikolla valmistautuakseen 9 tonnin laitteen asentamiseen. Siinä on 5000 kynäkokoista robottia, jotka on suunnattu kuituoptisille antureille etäällä sijaitsevissa galakseissa.
20 minuutin välein kääntyvät robotit asettuvat uudelleen, jotta instrumentti - nimeltään Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) - voi ottaa uuden osan taivaasta. Kymmenen erittäin voimakasta spektrografiksi kutsuttua instrumenttia analysoi sitten anturien kaapattujen etäobjektien valon ja luo sen, mitä on tähän mennessä kuvattu maailmankaikkeuden suurimpana ja yksityiskohtaisimpana 3D-kartana.
"Aloitimme instrumentin konseptisuunnittelusta vuonna 2010", Joseph Silber, DESI-projektiinsinööri, joka työskentelee Kalifornian yliopiston Lawrence Berkeley -laboratoriossa, totesi lausunnossa. "Se perustuu tieteeseen, joka tehtiin Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) -instrumentilla. Mutta kaikki tehdään robottisesti käsin sijaan."
BOSS-instrumentissa, Apache Pointin observatoriossa, New Mexico, on 1 000 optista kuitua, joka pystyy havaitsemaan valosignaalit himmeimmistä ja kauimmista galakseista. DESI: lle insinöörit käyttivät viisi kertaa niin paljon kuituja. BOSS-tutkijoiden on käytettävä metallilevyjä, joissa on huolellisesti poratut reiät, ohjaamaan optisia kuituja kohti kohteitaan. Jokaiselle taivaan osalle, jota he haluavat kuvata, insinöörien on luotava uudet levyt ja kiinnitettävä ne kaukoputkeen. DESI: n tapauksessa robotit tekevät kovan työn, mikä lisää skannauksen nopeutta huomattavasti, tutkijat kertoivat.
"Yksittäisiä robotteja on 5000, ja jokainen käyttää yhtä optista kuitua", Silber kertoi Live Science: lle. "Valokuitu johdetaan sitten noin 50 metriä kaukoputkelta erilliseen huoneeseen, johon nämä erittäin suuret ja herkät spektrografivälineet on asennettu."
Mittaamalla kuinka kaukaisista galakseista (tai mistä tahansa taivaallisesta esineestä) tulevan valon aallonpituus muuttuu, tutkijat pystyvät selvittämään, kuinka kaukana he ovat ja kuinka nopeasti galaksit ovat siirtymässä. Kun esine on siirtymässä meistä, sen valo siirtyy kohti valospektrin punaista osaa (pidempi aallonpituus), ja siksi sitä kutsutaan punasiirtymäksi.
Kartan mittakaava ja monimutkaisuus auttavat tutkijoita ymmärtämään, kuinka tumma energia ja painovoima ovat kilpailleet maailmankaikkeuden evoluution aikana. Tumma energia on vielä todistamaton voima, joka kilpailee painovoiman kanssa ja aiheuttaa maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen. On arvioitu, että tumma energia muodostaa jopa 68 prosenttia maailmankaikkeuden kokonaisenergiasta.
Mittarin herkkyyden ansiosta tähtitieteilijät näkevät galaksit niin kaukana, että heidän valonsa kulkee Maahan miljardeja vuosia. Tutkijoiden mukaan instrumentti, kun tarkastellaan kuinka kauan sen saavuttaminen vie valoa, antaa heille mahdollisuuden nähdä taaksepäin jopa 11 miljardia vuotta sitten.
"Yksi ensisijaisista tavoista, joilla opimme näkymättömästä maailmankaikkeudesta, on sen hienovaraiset vaikutukset galaksien klusterointiin", kertoi DESI Collaboration -puheenjohtaja Daniel Eisenstein Harvardin yliopistosta. "DESI: n uudet kartat tarjoavat hieno uuden herkkyystason kosmologian tutkimuksessamme."
Suunnitellun viiden vuoden toiminnan aikana DESI mittaa noin 30 miljoonan galaksin ja kvasaarin nopeuksia - supermassiivisia mustia reikiä, joita ympäröi kiertävä materiaalilevy, DESI-projektitutkijan Brenna Flaugherin mukaan, joka johtaa astrofysiikan laitosta Fermin kansallisessa kiihdyttimessä laboratoriossa.
"Yhden kerrallaan voimme mitata 5000 galaksin nopeudet kerrallaan", hän sanoi.
Väline, 71 tutkimuslaitoksen yhteistyö, kerää noin 10 kertaa enemmän tietoa kuin edeltäjänsä BOSS: n tiedot.
"Tämän projektin tarkoituksena on tuottaa valtavia määriä dataa", kertoi DESI: n johtaja Michael Levi hanketta johtavalle Lawrence Berkeleyn kansallisesta laboratoriosta (Berkeley Lab). Tutkijat käyttävät tietoja universumien tietokoneimulaatioihin.
Silber ja hänen tiiminsä ovat jo tuottaneet 3000 paikannusrobotia ja asentaneet ne kiilamaisiin terälehtiin, jotka upotetaan instrumentin poltotasoon. DESI: n kuusi linssiä käsitellään parhaillaan Lontoon University Collegessa, ja ne toimitetaan Yhdysvaltoihin tänä keväänä, jotta komponenttien asennus voi alkaa.
DESI: n odotetaan suorittavan ensimmäiset mittaukset keväällä 2019.
