tamsiosios energijos spektroskopijos prietaisasDESI) apribojo pirmuosius septynis tyrimo mėnesius, sumušdama visus ankstesnius 3D galaktikų tyrimų rekordus, sukurdama didžiausią ir detaliausią kada nors sukurtą visatos žemėlapį. Tačiau per savo penkerių metų misiją ji priartėja tik prie 10 proc. Kai bus baigtas šis labai detalus 3D žemėlapis, jis leis geriau suprasti tamsiąją energiją, todėl fizikai ir astronomai geriau supras Visatos praeitį ir ateitį. Tuo tarpu nuostabūs techniniai rezultatai ir kosminiai tyrimo pasiekimai iki šiol padeda mokslininkams atskleisti galingiausių visatos šviesos šaltinių paslaptis.

DESI yra tarptautinis mokslinis bendradarbiavimas, kurį valdo Energetikos departamento Lawrence’o Berkeley nacionalinė laboratorija (Berkeley laboratorija), kuriai Energetikos departamento Mokslo biuras finansuoja pradinį statybos ir veiklos finansavimą.

DESI mokslininkai šią savaitę pristato instrumento veikimą ir kai kuriuos ankstyvuosius astrofizikos rezultatus internetiniame seminare, kurį surengė Berklio laboratorija „CosmoPalooza“, kuriame taip pat bus pateikiami naujiniai iš kitų novatoriškų kosminių eksperimentų.

„Jame yra daug grožio“, – sakė vienas iš pranešėjų Julianas Gay, Berkeley Lab mokslininkas. „Galaktikų pasiskirstymo 3D žemėlapyje yra didžiulės spiečių, gijų ir tuštumų. Tai didžiausios struktūros visatoje. Tačiau jose galite rasti labai ankstyvos visatos atspaudą ir jos plėtimosi istoriją. nuo tada.”

DESI nuėjo ilgą kelią, kad pasiektų šį tašką. Iš pradžių jis buvo pasiūlytas daugiau nei prieš dešimtmetį, o įrenginys pradėtas statyti 2015 m. Jis sumontuotas 4 metrų Nicholas U Maywell teleskope Kate Summit observatorijoje netoli Tuksono, Arizonoje. Kitt Peak nacionalinė observatorija yra Nacionalinio mokslo fondo (NSF) NOIRLab programa, su kuria Energetikos departamentas sudarė sutartis valdyti Mayall teleskopą DESI tyrimui. Pirmą kartą prietaisas pasirodė 2019 m. pabaigoje. Tada jo patvirtinimo etape užklupo koronaviruso pandemija ir teleskopas keliems mėnesiams sustojo, nors kai kurie nuotoliniai darbai tęsėsi. 2020 m. gruodį DESI vėl nukreipė taikiklius į dangų, išbandė aparatinę ir programinę įrangą, o 2021 m. gegužės mėn. buvo pasirengusi pradėti mokslinį tyrimą.

Slinkite per 3D galaktikų žemėlapį iš užbaigto Sloan Digital Sky Survey.

Trimačio galaktikų žemėlapio dalis iš pirmųjų kelių tamsiosios energijos spektroskopijos (DESI; dešinėje) mėnesių. Žemė yra centre, o tolimiausios galaktikos yra nutolusios nuo jos daugiau nei 10 milijardų šviesmečių. Kiekvienas taškas reiškia vieną galaktiką. Ši 2D 3D DESI žemėlapio dalis rodo tik apie 800 000 iš 7,5 milijono šiuo metu nuskaitytų galaktikų, o tai tik dalis 35 milijonų galaktikų, kurios bus galutiniame žemėlapyje. Kreditas: D. Schlegel/Berkeley Lab naudojant DESI duomenis

Tačiau pats DESI darbas nebuvo baigtas prasidėjus apklausai. „Šis įrankis pradės veikti“, – sakė Ohajo valstijos universiteto fizikas Klausas Hünscheidas, projekte dalyvaujantis mašinų mokslininkas, kuris pristatys pirmąjį „CosmoPalooza DESI“ sesijos pranešimą. Honscheidas ir jo komanda užtikrina, kad įrankis veiktų sklandžiai ir automatiškai, idealiu atveju be jokių trukdžių stebint naktį. „Atsiliepimai, kuriuos gaunu iš naktinių budėtojų, yra tokie, kad pamainos yra nuobodžios, ir aš tai vertinu kaip komplimentą“, – sakė jis.

Tačiau šis monotoniškas pralaidumas reikalauja neįtikėtinai detalaus kiekvieno iš 5 000 sudėtingų robotų, kurie įdeda optines skaidulas ant DESI instrumento, valdymo, užtikrinant, kad jų padėtis būtų tiksli 10 mikronų tikslumu. „Dešimt mikronų yra labai maža”, – sakė Honshedas. „Jis yra mažesnis nei žmogaus plauko storis. Ir jūs turite įdėti kiekvieną robotą, kad surinktumėte šviesą iš galaktikų, esančių už milijardų šviesmečių. Kiekvieną kartą, kai galvoju apie šią sistemą, galvoju, kaip mes galime tai pasiekti? DESI kaip įrankio sėkme reikia didžiuotis.

Matyti tikrąsias tamsios energijos spalvas

Šis lygis sveikata Tai būtina norint įvykdyti pagrindinę tyrimo misiją: surinkti išsamius milijonų galaktikų spalvų spektro vaizdus daugiau nei trečdalyje viso dangaus. Suskaidydama šviesą iš kiekvienos galaktikos į jų spalvų spektrą, DESI gali kiekybiškai įvertinti šviesos raudonąjį poslinkį, kuris ištemptas link raudonojo spektro galo dėl Visatos plėtimosi per milijardus metų, kuriuos ji keliavo prieš pasiekdama Žemę. Būtent dėl ​​šių raudonųjų poslinkių DESI mato dangaus gelmes.

Kuo didesnis galaktikos spektro raudonasis poslinkis apskritai, tuo ji toliau nuo jos. Turėdami 3D visatos žemėlapį, fizikai gali sudaryti galaktikų spiečius ir superspiečius. Šios struktūros turi savo pradinio formavimosi atgarsius, kai jos buvo tik kūdikių visatos bangos. Sukeldami šiuos aidus, fizikai gali naudoti DESI duomenis, kad nustatytų visatos plėtimosi istoriją.

Naujasis kvazaras, atrastas naudojant DESI, leidžia pažvelgti į visatą, kokia ji buvo prieš beveik 13 milijardų metų, praėjus mažiau nei milijardui metų po Didžiojo sprogimo. Tai labiausiai nutolęs iki šiol aptiktas DESI kvazaras iš itin didelio raudonojo poslinkio DESI kvazarų. Fone rodomas šis kvazaras ir jo aplinka DESI senosios fotogrammetrijos apklausose. Autoriai: Jenny Yang, Steward observatorija / Arizonos universitetas

Mūsų mokslinis tikslas – išmatuoti bangų pirštų atspaudus pirmykštėje būtybėje plazmaGuy pasakė. „Nuostabu, kad mes iš tikrųjų galime aptikti šių bangų poveikį po milijardų metų ir taip greitai savo apklausoje.”

Labai svarbu suprasti plėtimosi istoriją, nes ant kortos gresia ne mažiau kaip visos visatos likimas. Šiandien apie 70 % visatos turinio sudaro tamsioji energija – paslaptinga energijos forma, kuri skatina visatos plėtimąsi greičiau. Visatai plečiantis, atsiranda daugiau tamsiosios energijos, kuri dar labiau pagreitina plėtimąsi cikle, kuris dalį tamsiosios energijos visatoje varo aukštyn. Tamsioji energija galiausiai nulems visatos likimą: ar ji plėsis amžinai? Ar jis vėl sugrius savyje, į didysis sprogimas atgal? O gal ji suplėšys save? Atsakyti į šiuos klausimus reiškia daugiau sužinoti apie tai, kaip tamsioji energija elgėsi praeityje – būtent tam ir buvo sukurta DESI. Ir palyginę plėtimosi istoriją su augimo istorija, kosmologai gali patikrinti, ar Einšteino bendrosios reliatyvumo teorija galioja šiuose didžiuliuose erdvės ir laiko ruožuose.

Juodosios skylės ir ryškios galaktikos

Tačiau norint suprasti visatos likimą, reikia palaukti, kol DESI užbaigs daugiau savo tyrimo. Tuo tarpu DESI jau skatina mūsų supratimą apie tolimą praeitį, daugiau nei prieš 10 milijardų metų, kai galaktikos buvo dar jaunos.

„Tai tikrai nuostabu“, – sakė Ragadeepika Pucha, Arizonos universiteto astronomijos magistrantė, dirbanti su DESI. „DESI papasakos daugiau apie galaktikų formavimosi ir evoliucijos fiziką.

Pucha ir jos kolegos naudoja DESI duomenis, kad suprastų vidutinės masės juodųjų skylių elgesį mažose galaktikose. Manoma, kad supermasyvios juodosios skylės gyvena beveik kiekvienos didelės galaktikos, pavyzdžiui, mūsų, širdyje paukščių takas. Bet nesvarbu, ar mažos galaktikos visada turi savo (mažesnes) juodąsias skyles savo branduoliuose. Juodųjų skylių būtų beveik neįmanoma rasti vienos – bet jei jos pritraukia pakankamai medžiagos, jas bus lengviau aptikti. Kai patenka dujos, dulkės ir kitos medžiagos Juodoji skylė Kai pakeliui į vidų jis sušyla (iki temperatūros virš žvaigždės šerdies), susidaro aktyvus galaktikos branduolys (AGN). Didelėse galaktikose aktyvūs galaktikos branduoliai yra vieni ryškiausių žinomos visatos objektų. Tačiau mažesnėse galaktikose AGN gali būti daug silpnesni ir sunkiai atskiriami nuo naujagimių žvaigždžių. DESI užfiksuoti spektrai galėtų padėti išspręsti šią problemą – ir tai, kiek jie pasklis danguje, suteiks daugiau informacijos apie jaunų galaktikų branduolius nei bet kada anksčiau. Šie branduoliai, savo ruožtu, suteiks mokslininkams užuominų apie tai, kaip AGN susiformavo ankstyvojoje visatoje.

Kvazarai – įvairi ryškių galaktikų grupė – yra vieni ryškiausių ir labiausiai nutolusių objektų. „Man patinka galvoti apie juos kaip apie žibintų stulpus, žvelgiančius atgal į visatos istoriją“, – sakė Durhamo universiteto JK astronomijos magistrantė Victoria Fawcett. Kvazarai yra puikūs ankstyvosios visatos zondai dėl savo didžiulės galios. DESI duomenys praeis 11 milijardų metų.

Fawcett ir jos kolegos naudoja DESI duomenis, kad suprastų pačių kvazarų evoliuciją. Manoma, kad kvazarai prasideda apsupti dulkių apvalkalo, kuris raudonuoja jų skleidžiamą šviesą, kaip saulė per miglą. Senstant jie išstumia šias dulkes ir tampa mėlynesni. Tačiau šią teoriją buvo sunku patikrinti, nes duomenų apie raudonuosius kvazarus buvo nedaug. DESI tai pakeičia, nes buvo rasta daugiau kvazarų nei bet kuris ankstesnis tyrimas, o galutiniuose tyrimo duomenyse tikimasi 2,4 mln.

„DESI yra tikrai puikus, nes jis paima dalykus, kurie yra silpnesni ir raudonesni”, – sakė Fawcett. Ji priduria, kad tai leidžia mokslininkams išbandyti idėjas apie kvazarų evoliuciją, kurių anksčiau nebuvo galima išbandyti. Ir tai neapsiriboja kvazarais. „Mes randame labai daug egzotiškų sistemų, įskaitant didelius retų dalykų pavyzdžius, kurių anksčiau negalėjome išsamiai ištirti”, – sakė Fawcett.

DESI laukia dar daugiau. Tyrimo metu jau buvo kataloguota daugiau nei 7,5 milijono galaktikų, o jų skaičius pridedamas daugiau nei milijonu per mėnesį. Vien 2021 m. lapkritį DESI katalogavo 2,5 milijono galaktikų raudonuosius poslinkius. Tikimasi, kad iki 2026 m. veiklos pabaigos DESI kataloge bus daugiau nei 35 milijonai galaktikų, todėl bus galima atlikti daugybę kosmologijos ir astrofizikos tyrimų.

„Visi šie duomenys yra tik ten, ir jie tik laukia, kol bus išanalizuoti”, – sakė Bucha. „Ir tada mes rasime daug nuostabių dalykų apie galaktikas. Man tai įdomu.”

DESI remia Energetikos departamento mokslo biuras ir Nacionalinis energetikos tyrimų mokslinio skaičiavimo centras, Energetikos departamento mokslo biuro naudotojų įrenginys. Papildomą paramą DESI teikia JAV Nacionalinis mokslo fondas, JK mokslo ir technologijų infrastruktūros taryba, Gordono ir Betty Moore fondas, Heising-Simons fondas, Prancūzijos alternatyviosios ir atominės energijos komisija (CEA), Nacionalinis mokslo ir technologijų institutas. Meksikos technologijų taryba, Ispanijos ekonomikos ministerija, DESI institucijos narės.

DESI Collaboration turi garbę leisti jam atlikti mokslinius tyrimus Iolkam Du’ag kalne (Kitt Peak), kalne, kuris ypač domina Tohono O’odham tautą.