Et 45-årigt teleskop får en højteknologisk opgradering, der giver det mulighed for at søge efter svar på de mest forvirrede spørgsmål i astronomi, herunder eksistensen af mørk energi, en hypotetisk usynlig kraft, der muligvis driver udvidelsen af universet.
Nicholas U. Mayall-teleskopet i Arizona lukkede tidligere i denne uge for at forberede installationen af en 9-ton-enhed, der vil indeholde 5.000 blyantstørrelser, der sigter mod fiberoptiske sensorer mod fjerne galakser.
Hvert 20. minut flytter de drejelige robotter sig for at lade instrumentet - kaldet Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) - fange en ny del af himlen. Ti ekstremt kraftfulde instrumenter kaldet spektrografer vil derefter analysere lyset fra de fjerne objekter, der er fanget af sensorerne, og skabe det, der er beskrevet som det hittil største og mest detaljerede 3D-kort over universet.
"Vi startede med et konceptuelt design til instrumentet i 2010," sagde Joseph Silber, en DESI-projektingeniør, der arbejder på University of Californias Lawrence Berkeley Laboratory, i en erklæring. "Det er baseret på videnskab, der blev udført på Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) -instrumentet. Men det hele er gjort robotisk i stedet for manuelt."
BOSS-instrumentet, på Apache Point-observatoriet i New Mexico, indeholder 1.000 optiske fibre, der kan registrere lyssignaler fra de svageste og fjerneste galakser. Til DESI brugte ingeniørerne fem gange så mange fibre. BOSS-forskere skal bruge metalplader med omhyggeligt borede huller for at rette de optiske fibre mod deres mål. For hver del af himlen, de ønsker at afbilde, er ingeniørerne nødt til at oprette nye plader og montere dem på teleskopet. I tilfælde af DESI vil robotterne gøre alt det hårde arbejde og øge scanningshastigheden betydeligt, siger forskerne.
"Der er 5.000 individuelle robotter, og hver enkelt driver en optisk fiber," fortalte Silber til Live Science. "Den optiske fiber føres derefter ca. 50 meter ned gennem teleskopet til et separat rum, hvor disse meget store og følsomme spektrografinstrumenter er installeret."
Ved at måle, hvordan bølgelængden af lys, der kommer fra fjerne galakser (eller ethvert himmelobjekt) ændrer sig, vil forskerne være i stand til at finde ud af, hvor langt de er væk, og hvor hurtigt galakserne bevæger sig væk. Når en genstand bevæger sig væk fra os, skifter dens lys mod den røde del af lysspektret (en længere bølgelængde), og det kaldes derfor rødskift.
Omfanget og kompleksiteten af kortet vil hjælpe forskerne med at forstå, hvordan mørk energi og tyngdekraft har konkurreret gennem universets udvikling. Mørk energi er den endnu ubeviste kraft, der konkurrerer med tyngdekraften og forårsager den accelererende udvidelse af universet. Det anslås, at den mørke energi udgør op til 68 procent af den samlede energi, der er til stede i universet.
Instrumentets følsomhed vil give astronomerne mulighed for at se galakser så fjerne, at deres lys rejser til Jorden mange milliarder af år. Forskerne sagde, at instrumentet ved at se på, hvor lang tid det tager lyset at nå det, ville give dem mulighed for at se tilbage for 11 milliarder år siden.
"En af de primære måder, vi lærer om det usete univers, er ved dets subtile effekter på galakserens klynge," sagde DESI Collaboration-med talsmand Daniel Eisenstein fra Harvard University. "De nye kort fra DESI vil give et udsøgt nyt niveau af følsomhed i vores undersøgelse af kosmologi."
I løbet af de planlagte fem års drift vil DESI måle hastigheder på ca. 30 millioner galakser og kvasarer - supermassive sorte huller omgivet af en disk med kredsløbsmateriale, ifølge Brenna Flaugher, en DESI-projektforsker, der leder Astrofysikafdelingen ved Fermi National Accelerator Laboratorium.
”I stedet for en ad gangen kan vi måle hastighederne på 5.000 galakser ad gangen,” sagde hun.
Instrumentet, et samarbejde mellem 71 forskningsinstitutioner, vil fange ca. 10 gange mere data end sin forgænger, BOSS.
"Dette projekt handler om at generere enorme mængder data," sagde DESI-direktør Michael Levi fra Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), der leder projektet. Forskerne vil bruge dataene i computersimuleringer af universer.
Silber og hans team har allerede produceret 3.000 positioneringsroboter og installeret dem i kileformede kronblade, der vil være indlejret i instrumentets fokusplan. DESIs seks linser gennemgår i øjeblikket en endelig behandling på University College London og sendes til USA i forår, så installationen af komponenterne kan begynde.
DESI forventes at udføre sine første målinger i foråret 2019.
