Jacob Hoover
0 
1560
251
Ett 45-årigt teleskop kommer att få en högteknologisk uppgradering som gör det möjligt att söka efter svar på de mest förvirrande frågorna inom astronomin, inklusive förekomsten av mörk energi, en hypotetisk osynlig kraft som kan driva utvidgningen av universum.
Nicholas U. Mayall-teleskopet i Arizona stängde tidigare denna vecka för att förbereda installationen av en 9-ton-enhet som kommer att innehålla 5 000 pennstorlekar som riktar fiberoptiska sensorer mot avlägsna galaxer.
Var 20: e minut kommer de svängbara robotarna att flyttas för att låta instrumentet - kallat Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) - fånga en ny del av himlen. Tio extremt kraftfulla instrument som kallas spektrografier analyserar sedan ljuset från de avlägsna föremål som fångats av sensorerna och skapar det som hittills har beskrivits som den största och mest detaljerade 3D-kartan över universum. [De 18 största olösta mysterierna i fysik]
"Vi började med en konceptuell design för instrumentet 2010," sa Joseph Silber, en DESI-projektingenjör som arbetar vid University of California, Lawrence Berkeley Laboratory, i ett uttalande. "Det är baserat på vetenskap som gjordes på Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) instrument. Men det är allt gjort robotiskt istället för manuellt."
BOSS-instrumentet, vid Apache Point Observatory i New Mexico, har 1 000 optiska fibrer som kan upptäcka ljussignaler från de mörkaste och mest avlägsna galaxerna. För DESI använde ingenjörerna fem gånger så många fibrer. BOSS-forskare måste använda metallplattor med noggrant borrade hål för att rikta de optiska fibrerna mot sina mål. För varje del av himlen de vill avbilda måste ingenjörerna skapa nya plattor och montera dem på teleskopet. När det gäller DESI kommer robotarna att göra allt hårt arbete, vilket avsevärt ökar skanningshastigheten, säger forskarna.
"Det finns 5 000 enskilda robotar, och var och en driver en optisk fiber," berättade Silber. "Den optiska fibern dirigeras sedan cirka 50 meter ner i teleskopet till ett separat rum där dessa mycket stora och känsliga spektrografinstrument är installerade."
Genom att mäta hur våglängden för ljus som kommer från avlägsna galaxer (eller något himmelobjekt) förändras, kommer forskarna att kunna ta reda på hur långt de är borta och hur snabbt galaxerna rör sig. När ett objekt rör sig bort från oss förflyttas dess ljus mot den röda delen av ljusspektrumet (en längre våglängd), och det är därför det kallas rödskift.
Kartans omfattning och komplexitet hjälper forskarna att förstå hur mörk energi och gravitation har tävlat genom universums utveckling. Mörk energi är den ännu obevisade kraften som tävlar med tyngdkraften och orsakar universums accelererande expansion. Det uppskattas att den mörka energin utgör upp till 68 procent av den totala energin som finns i universum.
Instrumentets känslighet gör att astronomerna kan se galaxer så avlägsna att deras ljus reser till jorden många miljarder år. Forskarna sa att instrumentet, genom att titta på hur lång tid det tar ljuset att nå det, skulle göra det möjligt för dem att se tillbaka för 11 miljarder år sedan. [Vårt expanderande universum: Ålder, historia och andra fakta]
"Ett av de främsta sätten att vi lär oss om det osynliga universum är genom dess subtila effekter på galaxernas kluster", säger Daniel Eisenstein, medarbetare för DESI Collaboration, från Harvard University. "De nya kartorna från DESI kommer att ge en utsökt ny nivå av känslighet i vår studie av kosmologi."
Under sina planerade fem års verksamhet kommer DESI att mäta hastigheter på cirka 30 miljoner galaxer och kvasarer - supermassiva svarta hål omgiven av en skiva med kretsande material, enligt Brenna Flaugher, en DESI-projektforskare som leder Astrofysikavdelningen vid Fermi National Accelerator Laboratorium.
"I stället för en i taget kan vi mäta hastigheterna på 5 000 galaxer åt gången," sade hon.
Instrumentet, ett samarbete mellan 71 forskningsinstitutioner, kommer att fånga ungefär tio gånger mer data än föregångaren, BOSS.
"Detta projekt handlar om att generera enorma mängder data", säger DESI-direktör Michael Levi vid energidepartementets Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), som leder projektet. Forskarna kommer att använda data i datorsimuleringar av universum.
Silber och hans team har redan producerat 3 000 positioneringsroboter och installerat dem i kilformade kronblad som kommer att vara inbäddade i instrumentets fokusplan. DESIs sex linser genomgår för närvarande slutbehandling vid University College London och kommer att skickas till USA i vår så att installationen av komponenterna kan börja.
DESI förväntas utföra sina första mätningar våren 2019.