‘máquina Del Tiempo’ Con 5000 Ojos Robóticos Para Explorar La Energía Oscura

Los 5000 ojos espectroscópicos de DESI

Los 5000 “ojos” espectroscópicos de DESI pueden cubrir un área del cielo unas 38 veces más grande que la de la luna llena, como se ve en esta superposición del plano focal de DESI en el cielo nocturno (arriba). Cada uno de estos ojos controlados robóticamente puede fijar un cable de fibra óptica en un solo objeto para recoger su luz (el círculo rojo marca la ubicación de un solo posicionador). La luz recolectada recolectada de una pequeña región en la galaxia Triangulum por un solo cable de fibra óptica se divide en un espectro (abajo) que revela las huellas dactilares de los elementos presentes en la galaxia y ayuda a medir la distancia a la galaxia. El espectro de prueba que se muestra aquí fue recopilado por DESI el 22 de octubre de 2019. Crédito: DESI Collaboration

El Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura comienza las pruebas finales, preparando el escenario para un estudio de 5 años que analizará la luz de 35 millones de galaxias.

Un nuevo instrumento montado en un telescopio en Arizona apuntó su conjunto robótico de 5,000 “ojos” de fibra óptica al cielo nocturno el 22 de octubre de 2019, para capturar las primeras imágenes que muestran su vista única de la luz de la galaxia.

Fue la primera prueba del Instrumento espectroscópico de energía oscura, conocido como DESI , que ahora está casi terminado. El tan esperado instrumento está diseñado para explorar el misterio de la energía oscura, que constituye alrededor del 68 por ciento del universo y está acelerando su expansión.

Los componentes de DESI están diseñados para apuntar automáticamente a conjuntos preseleccionados de galaxias, recolectar su luz y luego dividir esa luz en bandas estrechas de color para mapear con precisión su distancia desde la Tierra y medir cuánto se expandió el universo a medida que esta luz viajó hacia nosotros. En condiciones ideales, DESI puede recorrer un nuevo conjunto de 5.000 galaxias cada 20 minutos.

“DESI será verdaderamente transformador. Nos permitirá retroceder 11 mil millones de años en el tiempo y medir la luz antigua con una precisión sin precedentes. Los resultados serán un gran salto en nuestra comprensión de la energía oscura “. – Risa Wechsler

“Después de una década en planificación e I + D, instalación y montaje, estamos encantados de que DESI pueda comenzar pronto su búsqueda para desentrañar el misterio de la energía oscura”, dijo el director de DESI, Michael Levi, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía, la institución líder. para la construcción y operaciones de DESI. “La mayor parte de la materia y la energía del universo son oscuras y desconocidas, y los experimentos de próxima generación como DESI son nuestra mejor apuesta para desentrañar estos misterios”.

Risa Wechsler y Michael Levi

La ex portavoz de DESI, Risa Wechsler, y el director del proyecto de DESI, Michael Levi, observan el instrumento de espectroscopia de energía oscura mientras se instala en el Telescopio Mayall, agosto de 2019. Crédito: Luis Fernandez

Risa Wechsler, ex portavoz de la colaboración DESI y directora del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas (KIPAC), dijo: “Es extremadamente emocionante ver que el instrumento se convierte en una realidad y que la colaboración se prepara para sus datos. DESI será verdaderamente transformador. Nos permitirá retroceder 11 mil millones de años en el tiempo y medir la luz antigua con una precisión sin precedentes. Los resultados serán un gran salto en nuestra comprensión de la energía oscura “.

La colaboración DESI cuenta con la participación de casi 500 investigadores de 75 instituciones en 13 países, incluidos científicos de KIPAC, un instituto conjunto del Laboratorio Acelerador Nacional SLAC del DOE y la Universidad de Stanford. El último hito marca el comienzo de las pruebas finales de DESI antes del inicio formal de las observaciones a principios de 2020.

Una máquina del tiempo para estudiar la energía oscura

Como una poderosa máquina del tiempo, DESI observará en profundidad la infancia y el desarrollo temprano del universo para crear el mapa 3D más detallado del universo hasta ahora.

Al mapear repetidamente la distancia a 35 millones de galaxias y 2,4 millones de cuásares en un tercio del área del cielo durante sus cinco años, DESI nos enseñará más sobre la energía oscura. En particular, los cuásares, galaxias activas que se encuentran entre los objetos más brillantes del universo, permitirán a DESI mirar profundamente en el pasado del universo.

Como resultado, DESI proporcionará mediciones muy precisas de la tasa de expansión del universo. La gravedad ralentizó esta tasa de expansión en el universo temprano, pero la energía oscura ha sido responsable de acelerar su expansión.

Pero los datos de DESI irán más allá de determinar la tasa de expansión cósmica. También arrojará más luz sobre cómo la expansión afecta la forma en que las galaxias y otros objetos astrofísicos se forman y crecen con el tiempo.

“DESI nos permitirá medir ciertas propiedades del universo como nunca antes”, dijo Chia-Hsun Chuang, un científico investigador de KIPAC que trabaja con Wechsler. Preside un grupo de científicos de DESI que actualmente están ejecutando simulaciones de cómo la energía oscura ha impactado la oscilación acústica bariónica, fluctuaciones en la densidad de la materia causadas por ondas sonoras en el universo temprano.

Apuntando 5,000 ‘ojos’ al cielo

La instalación de DESI comenzó en febrero de 2018 en el Telescopio Nicholas U. Mayall en el Observatorio Nacional Kitt Peak cerca de Tucson, Arizona.

“Con DESI estamos combinando un instrumento moderno con un venerable telescopio antiguo para hacer una máquina de levantamiento de última generación”, dijo Lori Allen, directora del Observatorio Nacional Kitt Peak en el Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de la National Science Foundation. .

Durante los últimos 18 meses, instituciones de todo el mundo enviaron al sitio un grupo de componentes DESI y se instalaron en el telescopio.

Plano focal de DESI

Una vista del plano focal completamente instalado de DESI, que cuenta con 5,000 posicionadores robóticos automatizados, cada uno con un cable de fibra óptica para recolectar la luz de las galaxias. Crédito: Colaboración DESI

Una obra maestra tecnológica en particular es el plano focal de DESI, que lleva 5.000 posicionadores robóticos que giran en una “danza” coreografiada para enfocarse en galaxias individuales.

Estos pequeños robots, cada uno de los cuales sostiene un cable de fibra óptica de captación de luz que tiene aproximadamente el ancho promedio de un cabello humano, sirven como los “ojos” de DESI. Los posicionadores tardan unos 10 segundos en girar hacia una nueva secuencia de galaxias objetivo. Con su velocidad de medición sin precedentes, DESI mapeará más de 20 veces más objetos que cualquier experimento anterior.

El plano focal, que contiene medio millón de partes individuales, está dispuesto en una serie de 10 pétalos en forma de cuña que contienen cada uno 500 posicionadores y una pequeña cámara para ayudar al telescopio a guiar, enfocar y alinear (sistema GFA). Los investigadores de KIPAC Kevin Reil y Aaron Roodman participaron en varios aspectos del desarrollo y puesta en servicio de la cámara GFA y su software. 

El plano focal de DESI está hecho de 10 pétalos en forma de cuña

El plano focal redondeado de DESI está compuesto por 10 pétalos en forma de cuña, cada uno con 500 posicionadores robóticos que apuntan individualmente a las galaxias para recolectar su luz a través de cables delgados de fibra óptica. Crédito: Christian Soto, Laboratorio OIR de NSF / AURA / NSF

Analizando la luz antigua

Entre las llegadas más recientes a Kitt Peak se encuentra la colección de espectrógrafos que están diseñados para dividir la luz recolectada en miles de longitudes de onda para permitir mediciones de distancia precisas de las galaxias observadas en una amplia gama de colores.

Estos espectrógrafos, que permiten que los ojos robóticos de DESI “vean” incluso galaxias distantes y débiles, están diseñados para medir el corrimiento al rojo, que es un cambio en el color de los objetos que se alejan de nosotros hacia longitudes de onda más largas y rojas. Redshift es análogo a cómo el sonido de la sirena de un camión de bomberos cambia a tonos más bajos a medida que se aleja de nosotros.

“DESI es un proyecto muy emocionante que utilizará estos desplazamientos al rojo para realizar mediciones convincentes de la oscilación acústica bariónica y la energía oscura”, dijo Roodman. “También es emocionante que estos datos sean altamente complementarios a los datos del Gran Telescopio de Levantamiento Sinóptico de próxima generación que medirá la energía oscura de otras formas”. Ambos conjuntos de datos combinados brindarán oportunidades únicas para estudiar esta misteriosa propiedad cósmica, dijo.

Ahora hay ocho espectrógrafos DESI instalados, y los dos últimos llegarán antes de fin de año. Para conectar el plano focal con los espectrógrafos, que se encuentran debajo del telescopio, DESI está equipado con aproximadamente 150 millas de cableado de fibra óptica.

“Este es un momento muy emocionante”, dijo Nathalie Palanque-Delabrouille, portavoz de DESI e investigadora de astrofísica en la Comisión de Energía Atómica y Energías Alternativas de Francia (CEA) que ha participado en el proceso de selección para determinar qué galaxias y otros objetos DESI observar. “El instrumento está todo ahí. Ha sido muy emocionante ser parte de esto desde el principio “.

Gregory Tarlé, profesor de física en la Universidad de Michigan (UM) que dirigió los equipos de estudiantes que ensamblaron los posicionadores robóticos y los componentes relacionados, dijo que es gratificante llegar a una etapa del proyecto en la que todos los componentes complejos de DESI funcionan juntos. UM entregó un total de 7.300 posicionadores robóticos, incluidos repuestos. Durante el pico de producción, los equipos producían alrededor de 50 posicionadores al día.

Ahora que el arduo trabajo de construir DESI está mayormente hecho, Tarlé dijo que espera con ansias los descubrimientos de DESI.

“Quiero averiguar cuál es la naturaleza de la energía oscura”, dijo. “Por fin tenemos la oportunidad de intentar comprender realmente la naturaleza de este material que domina el universo”.

DESI, el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura, movilizará a 5.000 robots giratorios, cada uno apuntando a un delgado hilo de cable de fibra óptica, para recoger la luz de aproximadamente 35 millones de galaxias. Los pequeños robots están diseñados para fijarse en una serie de objetos celestes preseleccionados que están a una distancia de hasta 11 mil millones de años luz. Al estudiar cómo estas galaxias se alejan de nosotros, DESI proporcionará medidas precisas de la tasa de aceleración a la que se expande el universo. (Colaboración DESI; Marilyn Chung / Berkeley Lab)

DESI cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos; el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido; la Fundación Gordon y Betty Moore; la Fundación Heising-Simons; la Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica (CEA); el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México; el Ministerio de Economía de España; e instituciones miembros de DESI. Los científicos de DESI tienen el honor de poder realizar una investigación astronómica en Iolkam Du’ag (Kitt Peak), una montaña con un significado particular para la nación Tohono O’odham.

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