Les 5000 « yeux » spectroscopiques de DESI peuvent couvrir une zone du ciel environ 38 fois plus grande que la pleine lune, comme on le voit dans cette superposition du plan focal de DESI sur le ciel nocturne (en haut). Chacun des yeux contrôlés par robot peut fixer un câble à fibre optique sur une seule galaxie ou étoile pour recueillir sa lumière. Le point vert marque l'emplacement d'un positionneur à fibre unique. Dans le spectre de test capturé par DESI le 22 octobre, 2019, la lumière provenant d'une petite région de la galaxie du Triangle, M33, par un seul câble à fibre optique est dispersé dans un spectre (en bas) qui laisse apparaître des raies d'émission. Les lignes codent à la fois les éléments présents dans la galaxie et aident à mesurer la distance de la galaxie. Crédit :Collaboration DESI ; Enquêtes sur le patrimoine ; NASA/JPL-Caltech/UCLA ; Laboratoire national de recherche en astronomie optique-infrarouge de la NSF
Un nouvel instrument du télescope Mayall de 4 m a ouvert son réseau de milliers d'"yeux" à fibre optique sur le cosmos et a réussi à capturer la lumière des galaxies lointaines. Cette étape marque le début des tests finaux de l'instrument spectroscopique à énergie noire (DESI), qui est sur le point de commencer à créer la carte la plus détaillée de l'Univers jamais entreprise. Le télescope Mayall est situé à l'observatoire national de Kitt Peak (KPNO), qui est exploité par le National Science Foundation’s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NSF’s OIR Lab).
Cartographier pour comprendre l'énergie noire
Dès le début de l'année prochaine, DESI se lancera dans une mission de cinq ans pour cartographier le cosmos. Son objectif :cartographier les positions et distances de 35 millions de galaxies réparties sur 1/3 du ciel et sur le temps cosmique, il y a 11 milliards d'années. DESI étudiera également 10 millions d'étoiles dans notre galaxie, la voie Lactée. L'entreprise abordera l'un des problèmes les plus déroutants et les plus profonds de la physique :la nature et la physique de l'énergie noire, une forme d'énergie inconnue qui est actuellement comprise pour imprégner l'Univers et accélérer son expansion.
Pour mesurer les distances aux galaxies, DESI prend l'empreinte d'une galaxie en mesurant son spectre :la lumière des galaxies individuelles est dispersée en fines bandes de couleur pour mesurer le décalage vers le rouge d'une galaxie et sa distance par rapport à la Terre. Pour mesurer les distances à des millions de galaxies, DESI est hautement multiplexé et utilise une technologie de pointe. Les positionneurs robotiques pointent automatiquement les yeux à fibre optique de DESI vers des ensembles présélectionnés de galaxies, 5000 à la fois, et en mesurant leurs spectres, mesurer à quel point l'Univers s'est étendu au fur et à mesure que leur lumière voyageait vers la Terre. Dans des conditions idéales, DESI peut étudier plus de 100, 000 galaxies par nuit.
« Après une décennie de planification et de R&D, installation et montage, nous sommes ravis que DESI puisse bientôt commencer sa quête pour percer le mystère de l'énergie noire, " a déclaré Michael Levi, directeur de DESI du laboratoire national Lawrence Berkeley du ministère de l'Énergie (Berkeley Lab), l'institution principale pour la construction et les opérations de DESI. "La plupart de la matière et de l'énergie de l'Univers sont sombres et inconnues, et les expériences de nouvelle génération comme DESI sont notre meilleur pari pour percer ces mystères, " a ajouté Levi. " Je suis ravi de voir cette nouvelle expérience prendre vie. "
Un vénérable télescope à l'avant-garde de la découverte
L'installation de DESI au télescope Mayall de 46 ans, commencé en février 2018, marque la transformation réussie du Mayall d'un "outil de recherche polyvalent" à une installation plus spécialisée à la pointe de la technologie et de la découverte.
"Avec DESI, nous combinons un instrument moderne avec un vieux télescope vénérable pour faire une machine d'enquête à la pointe de la technologie, " a déclaré Lori Allen, Directeur de KPNO au laboratoire OIR de NSF. Le labo, créé récemment à partir de l'unification de l'Observatoire National d'Astronomie Optique (NOAO), Observatoire des Gémeaux, et les opérations LSST, est le centre américain prééminent pour l'astronomie optique-infrarouge au sol.
Les relevés d'aujourd'hui de plusieurs millions d'objets nécessitent de grands champs de vision—la capacité d'étudier de vastes zones du ciel en un seul pointage—et de grands, matériel lourd.
« Malgré son âge, le télescope Mayall bien entretenu est la plate-forme parfaite pour DESI, " a déclaré David Sprayberry, Directeur de site KPNO pour DESI. "Parce qu'il a été conçu à l'origine pour un large champ, la conception optique du Mayall a été facilement adaptée au très large champ de vision nécessaire pour DESI. Le télescope est également suffisamment solide pour supporter le poids énorme de DESI."
L'instrument DESI pèse environ 11 tonnes. Il a également un champ de vision de 8 degrés carrés, soit environ 40 fois la superficie de la pleine lune.
Les positionneurs robotisés de fibre de DESI, qui recueillent la lumière des galaxies et des étoiles individuelles, sont disposés en 10 modules en forme de coin appelés "pétales". A gauche :une portion du ciel nocturne, étudié par un pétale, qui comprend la galaxie M33. Des cercles bleus délimitent la région du ciel qui peut être étudiée par chacune des 500 fibres du pétale; chaque fibre peut pointer vers une étoile ou une galaxie dans son cercle. A droite :L'émission de la raie d'hydrogène détectée par DESI à partir de M33, représenté sous forme de carte en couleurs, avec des couleurs plus vives indiquant une émission plus lumineuse. Crédit :Collaboration DESI ; Laboratoire national de recherche en astronomie optique-infrarouge de la NSF
Travail d'équipe et technologie
Le projet DESI et l'installation de l'instrument DESI sont autant une question de travail d'équipe que de technologie. La collaboration DESI comprend près de 500 chercheurs dans 75 institutions dans 13 pays.
"L'instrument DESI est complexe et unique en son genre. Il n'aurait jamais été possible sans une collaboration large et compétente, avec des composants provenant de partout aux États-Unis et en Europe. C'est très excitant de voir cet instrument s'assembler presque parfaitement, grâce à l'étroite collaboration des nombreuses équipes distantes impliquées, " dit Parker Fagrelius, Superviseur des opérations d'observation de KPNO pour DESI.
Au cours des 18 derniers mois, une multitude de composants DESI ont été expédiés à Kitt Peak depuis des institutions du monde entier et installés sur le télescope.
Ces composants comprennent un ensemble de six grandes lentilles emballées dans un baril en acier, qui a été installé au-dessus du miroir primaire du télescope, donnant à l'instrument son large champ de vision. Les lentilles, chacun d'environ un mètre de diamètre, ont été testés avec succès en avril.
Un autre élément majeur est le plan focal de DESI, qui se trouve au sommet du télescope et transporte les 5000 positionneurs robotiques qui pivotent dans une "danse" chorégraphiée pour sélectionner des galaxies et des étoiles individuelles à étudier.
Les derniers arrivés sont les spectrographes DESI, dont huit ont été installés, les deux derniers arrivant avant la fin de l'année. Environ 240 km (150 miles) de câbles à fibres optiques relient le plan focal au sommet du télescope aux spectrographes de DESI situés sous le télescope.
Un puissant moteur de découverte
Bien qu'il ait été conçu pour étudier l'énergie noire, DESI fera aussi des découvertes inattendues, parce que les "empreintes digitales" spectrales des étoiles et des galaxies que DESI collectera encodent beaucoup plus d'informations qu'il n'en faut pour mener à bien le projet DESI.
"DESI est parfaitement conçu pour l'exploration de l'inconnu. Parmi les millions de galaxies et d'étoiles DESI étudiera, il y a des rares, peut-être unique en son genre, sources astronomiques, certains complètement imprévus, qui attendent la découverte, " a déclaré Arjun Dey (KPNO), Chef des opérations d'observation pour DESI. En explorant le cosmos à cette échelle, DESI peut également découvrir de nouveaux phénomènes et peut-être même une nouvelle physique, semblable à la façon dont l'énergie noire elle-même a été découverte.
"Découvrir l'inattendu, c'est la partie la plus excitante de tout pour moi, " dit Dey.
