Uma pequena seção do plano focal DESI, mostrando os posicionadores robóticos únicos. As fibras ópticas, que são instalados nos posicionadores robóticos, estão retroiluminados com luz azul nesta imagem. Crédito:colaboração DESI
Uma jornada de cinco anos para mapear o universo e desvendar os mistérios da "energia escura" está começando oficialmente hoje, 17 de maio no Observatório Nacional de Kitt Peak perto de Tucson, Arizona. Para completar sua missão, o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI) irá capturar e estudar a luz de dezenas de milhões de galáxias e outros objetos distantes no universo.
DESI é uma colaboração científica internacional gerenciada pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia, ou Berkeley Lab, com financiamento primário do Office of Science do DOE.
Ao reunir luz de cerca de 30 milhões de galáxias, os cientistas do projeto dizem que o DESI os ajudará a construir um mapa 3D do universo com detalhes sem precedentes. Os dados os ajudarão a entender melhor a força repulsiva associada à "energia escura" que impulsiona a aceleração da expansão do universo por vastas distâncias cósmicas.
Jim Siegrist, diretor associado de Física de Altas Energias do DOE, diz "Estamos entusiasmados para ver o início do DESI, o primeiro projeto de energia escura de próxima geração a iniciar sua pesquisa científica. Junto com sua missão principal de estudos de energia escura, o conjunto de dados será útil pela comunidade científica em geral para uma infinidade de estudos de astrofísica. "
O que diferencia o DESI das pesquisas anteriores do céu? O diretor do projeto, Michael Levi do Berkeley Lab, disse, "Vamos medir 10 vezes mais espectros de galáxias do que jamais obtidos. Esses espectros nos levam a uma terceira dimensão." Em vez de imagens bidimensionais de galáxias, quasares e outros objetos distantes, ele explicou, o instrumento coleta luz, ou espectros, do cosmos de tal forma que "se torna uma máquina do tempo onde colocamos esses objetos em uma linha do tempo que remonta a 11 bilhões de anos atrás."
"DESI é o mais ambicioso de uma nova geração de instrumentos voltados para uma melhor compreensão do cosmos - em particular, seu componente de energia escura, "disse a co-porta-voz do projeto Nathalie Palanque-Delabrouille, cosmologista da Comissão de Energias Alternativas e Energia Atômica da França, ou CEA. Ela disse que o programa científico - incluindo seu próprio interesse em quasares - permitirá aos pesquisadores abordar com precisão duas questões primárias:o que é energia escura; e o grau em que a gravidade segue as leis da relatividade geral, que formam a base de nossa compreensão do cosmos.
"Foi uma longa jornada desde os primeiros passos que demos há quase uma década para projetar a pesquisa, em seguida, decidir quais metas observar, e agora ter os instrumentos para que possamos alcançar esses objetivos científicos, "Palanque-Delabrouille, disse. "É muito emocionante ver onde estamos hoje."
O início formal da pesquisa de cinco anos do DESI segue um teste de quatro meses de sua instrumentação personalizada que capturou 4 milhões de espectros de galáxias - mais do que a produção combinada de todas as pesquisas espectroscópicas anteriores.
O disco da Galáxia de Andrômeda, M31, que se estende por mais de 3 graus, é direcionado por um único apontamento DESI, representado pelo grande, verde pálido, sobreposição circular. Os círculos menores nesta sobreposição representam as regiões acessíveis a cada um dos 5, 000 posicionadores de fibra robótica DESI. Neste exemplo, o 5, 000 espectros que foram coletados simultaneamente pelo DESI incluem não apenas estrelas da Galáxia de Andrômeda, mas também galáxias e quasares distantes. O exemplo de espectro DESI que se sobrepõe a esta imagem é de um quasar distante, QSO, 11 bilhões de anos. Crédito:colaboração DESI e DESI Legacy Imaging Surveys
O instrumento DESI reside no telescópio Nicholas U. Mayall de 4 metros adaptado no Observatório Nacional Kitt Peak, um programa do NOIRLab da National Science Foundation. O instrumento inclui novas ópticas que aumentam o campo de visão do telescópio e inclui 5, 000 fibras ópticas controladas por robôs para coletar dados espectroscópicos de um número igual de objetos no campo de visão do telescópio.
"Não estamos usando os maiores telescópios, "disse David Schlegel do Berkeley Lab, quem é cientista do projeto DESI. "É que os instrumentos são melhores e altamente multiplexados, o que significa que podemos capturar a luz de muitos objetos diferentes ao mesmo tempo. "
Na verdade, o telescópio "está literalmente apontando para 5, 000 galáxias diferentes simultaneamente, "Disse Schlegel. Em qualquer noite, ele explica, conforme o telescópio é movido para uma posição alvo, as fibras ópticas se alinham para coletar luz das galáxias conforme ela é refletida no espelho do telescópio. De lá, a luz é alimentada em um banco de espectrógrafos e câmeras CCD para posterior processamento e estudo.
"É realmente uma fábrica que temos - uma fábrica de espectros, "disse o líder de validação da pesquisa, Christophe Yeche, também cosmologista do CEA. "Podemos coletar 5, 000 espectros a cada 20 minutos. Em uma boa noite, coletamos espectros de cerca de 150, 000 objetos. "
"Mas não foi apenas o hardware do instrumento que nos levou a este ponto - é também o software do instrumento, Sistema nervoso central de DESI, "disse Klaus Honscheid, um professor de física na Ohio State University que dirigiu o projeto dos sistemas de monitoramento e controle de instrumentos DESI. Ele dá crédito a dezenas de pessoas em seu grupo e ao redor do mundo que construíram e testaram milhares de componentes do DESI, a maioria dos quais são exclusivos do instrumento.
Os espectros coletados pelo DESI são os componentes da luz correspondentes às cores do arco-íris. Suas características, incluindo comprimento de onda, revelam informações como a composição química dos objetos observados, bem como informações sobre sua distância e velocidade relativas.
À medida que o universo se expande, galáxias se afastam umas das outras, e sua luz é mudada para mais longa, comprimentos de onda mais vermelhos. Quanto mais distante a galáxia, quanto maior for o seu "desvio para o vermelho". Ao medir os desvios para o vermelho da galáxia, Os pesquisadores do DESI criarão um mapa 3D do universo. Espera-se que a distribuição detalhada das galáxias no mapa produza novos insights sobre a influência e a natureza da energia escura.
"A energia escura é um dos principais impulsionadores da ciência para DESI, "disse o co-porta-voz do projeto Kyle Dawson, professor de física e astronomia na Universidade de Utah. "O objetivo não é tanto descobrir quanto existe - sabemos que cerca de 70% da energia no universo hoje é energia escura - mas estudar suas propriedades."
O universo está se expandindo a uma taxa determinada por seu conteúdo total de energia, Dawson explica. Como o instrumento DESI olha para o espaço e o tempo, ele diz, "podemos literalmente tirar instantâneos hoje, ontem, 1 bilhão de anos atrás, 2 bilhões de anos atrás - o mais antigo possível. Podemos então descobrir o conteúdo de energia nesses instantâneos e ver como ele está evoluindo. "
