Os 5000 'olhos' espectroscópicos da DESI podem cobrir uma área do céu aproximadamente 38 vezes maior do que a lua cheia, como visto nesta sobreposição do plano focal de DESI no céu noturno (topo). Cada um dos olhos controlados por robôs pode fixar um cabo de fibra ótica em uma única galáxia ou estrela para coletar sua luz. O ponto verde marca a localização de um único posicionador de fibra. No espectro de teste capturado pelo DESI em 22 de outubro, 2019, a luz coletada de uma pequena região na galáxia Triangulum, M33, por um único cabo de fibra óptica é disperso em um espectro (parte inferior) que revela as linhas de emissão. As linhas codificam os elementos presentes na galáxia e ajudam a medir a distância da galáxia. Crédito:DESI Collaboration; Pesquisas de legado; NASA / JPL-Caltech / UCLA; Laboratório de pesquisa em astronomia com infravermelho óptico nacional da NSF
Um novo instrumento no telescópio Mayall de 4 m abriu seu conjunto de milhares de "olhos" de fibra óptica para o cosmos e capturou com sucesso a luz de galáxias distantes. O marco marca o início do teste final para o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI), que está prestes a começar a criar o mapa mais detalhado do Universo já realizado. O telescópio Mayall está localizado no Observatório Nacional de Kitt Peak (KPNO), que é operado pelo National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NSF's OIR Lab).
Mapeamento para compreender a energia escura
Começando no início do próximo ano, DESI embarcará em uma missão de cinco anos para mapear o cosmos. Seu objetivo:mapear as posições e distâncias de 35 milhões de galáxias espalhadas por 1/3 do céu e ao longo do tempo cósmico, já em 11 bilhões de anos. DESI também vai estudar 10 milhões de estrelas em nossa galáxia, a via Láctea. O empreendimento vai resolver um dos problemas mais intrigantes e profundos da física:a natureza e a física da energia escura, uma forma desconhecida de energia que atualmente se entende que permeia o Universo e acelera sua expansão.
Para medir as distâncias às galáxias, DESI obtém a impressão digital de uma galáxia medindo seu espectro:a luz de galáxias individuais é dispersa em finas faixas de cores para medir o desvio para o vermelho de uma galáxia e sua distância da Terra. Para medir as distâncias a milhões de galáxias, DESI é altamente multiplexado e emprega tecnologia de ponta. Os posicionadores robóticos apontam automaticamente os olhos de fibra óptica do DESI para conjuntos pré-selecionados de galáxias, 5000 de cada vez, e medindo seus espectros, medir o quanto o Universo se expandiu à medida que sua luz viajou para a Terra. Em condições ideais, DESI pode estudar mais de 100, 000 galáxias por noite.
"Depois de uma década em planejamento e P&D, instalação e montagem, estamos muito satisfeitos que DESI possa em breve começar sua busca para desvendar o mistério da energia escura, "disse o Diretor do DESI, Michael Levi, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab), a instituição líder para a construção e operações do DESI. "A maior parte da matéria e energia do Universo são escuras e desconhecidas, e experimentos de próxima geração como DESI são nossa melhor aposta para desvendar esses mistérios, "Levi acrescentou." Estou emocionado em ver este novo experimento ganhar vida. "
Um Venerável Telescópio na Vanguarda da Descoberta
A instalação do DESI no telescópio Mayall de 46 anos, iniciado em fevereiro de 2018, marca a transformação bem-sucedida do Mayall de uma "ferramenta de pesquisa para todos os fins" em uma instalação mais especializada na vanguarda da tecnologia e descoberta.
"Com o DESI, estamos combinando um instrumento moderno com um venerável telescópio antigo para fazer uma máquina de pesquisa de última geração, "disse Lori Allen, Diretor de KPNO no Laboratório OIR da NSF. O laboratório, criado recentemente a partir da unificação do National Optical Astronomy Observatory (NOAO), Observatório Gemini, e operações LSST, é o mais proeminente centro dos EUA para astronomia infravermelha óptica baseada em solo.
Os levantamentos de hoje de muitos milhões de objetos requerem grandes campos de visão - a capacidade de estudar grandes áreas do céu em um único ponto - e grandes, equipamento pesado.
"Apesar da idade, o telescópio Mayall bem conservado é a plataforma perfeita para DESI, "disse David Sprayberry, KPNO Site Director para DESI. "Porque foi originalmente projetado para um amplo campo, o design óptico do Mayall foi facilmente adaptado ao amplo campo de visão necessário para o DESI. O telescópio também é robusto o suficiente para carregar o enorme peso do DESI. "
O instrumento DESI pesa cerca de 11 toneladas. Ele também tem um campo de visão de 8 graus quadrados, ou aproximadamente 40 vezes a área da lua cheia.
Posicionadores de fibra robótica da DESI, que reúnem a luz de galáxias e estrelas individuais, são organizados em 10 módulos em forma de cunha chamados "pétalas". Esquerda:uma parte do céu noturno, estudado por uma pétala, que inclui a galáxia M33. Círculos azuis demarcam a região do céu que pode ser estudada por cada uma das 500 fibras da pétala; cada fibra pode apontar para uma estrela ou galáxia dentro de seu círculo. Direita:A emissão da linha de hidrogênio detectada por DESI de M33, mostrado como um mapa de cores, com cores mais brilhantes indicando emissão mais brilhante. Crédito:DESI Collaboration; Laboratório de pesquisa em astronomia com infravermelho óptico nacional da NSF
Trabalho em Equipe e Tecnologia
O projeto DESI e a instalação do instrumento DESI tratam tanto do trabalho em equipe quanto da tecnologia. A colaboração DESI inclui cerca de 500 pesquisadores em 75 instituições em 13 países.
"O instrumento DESI é complexo e único. Nunca teria sido possível sem uma colaboração ampla e capaz, com componentes vindos de todos os Estados Unidos e Europa. É muito emocionante ver este instrumento funcionar quase perfeitamente, graças à estreita cooperação de muitas equipes remotas envolvidas, "disse Parker Fagrelius, Supervisor de Operações de Observação da KPNO para DESI.
Nos últimos 18 meses, uma infinidade de componentes DESI foram enviados para Kitt Peak de instituições ao redor do globo e instalados no telescópio.
Esses componentes incluem um conjunto de seis lentes grandes embaladas em um barril de aço, que foi instalado acima do espelho primário do telescópio, dando ao instrumento seu amplo campo de visão. As lentes, cada um com cerca de um metro de diâmetro, foram testados com sucesso em abril.
Outro componente importante é o plano focal do DESI, que fica no topo do telescópio e carrega os 5.000 posicionadores robóticos que giram em uma "dança" coreografada para selecionar galáxias e estrelas individuais para estudo.
Mais recentemente chegaram os espectrógrafos DESI, oito dos quais foram instalados, com os dois últimos chegando antes do final do ano. Aproximadamente 240 km (150 milhas) de cabeamento de fibra óptica conecta o plano focal na parte superior do telescópio com os espectrógrafos DESI localizados abaixo do telescópio.
Um motor de descoberta poderoso
Embora tenha sido projetado para estudar a energia escura, DESI também fará descobertas inesperadas, porque as "impressões digitais" espectrais de estrelas e galáxias que o DESI irá coletar codificam muito mais informações do que o necessário para realizar o projeto DESI.
"DESI é perfeitamente projetado para a exploração do desconhecido. Entre os milhões de galáxias e estrelas que DESI vai estudar, existem raros, talvez único, fontes astronômicas, alguns completamente inesperados, que aguardam descoberta, "disse Arjun Dey (KPNO), Chefe de Operações de Observação do DESI. Ao explorar o cosmos nesta escala, DESI também pode descobrir novos fenômenos e talvez até uma nova física, semelhante a como a própria energia escura foi descoberta.
"Descobrir o inesperado - essa é a parte mais emocionante de tudo para mim, "Dey disse.
