Il y a quarante-cinq ans ce mois-ci, un télescope niché à l'intérieur d'un 14 étages, Un dôme de 500 tonnes au sommet d'un sommet d'un kilomètre de haut en Arizona a observé le ciel nocturne pour la première fois et a enregistré ses observations sur des plaques photographiques en verre.

Aujourd'hui, le dôme se referme sur les précédents chapitres scientifiques du télescope Nicholas U. Mayall de 4 mètres afin qu'il puisse se préparer à son nouveau rôle dans la création de la plus grande carte 3D de l'univers. Cette carte pourrait aider à résoudre le mystère de l'énergie noire, qui est à l'origine de l'accélération de l'expansion de l'univers.

La fermeture temporaire met en branle la plus grande révision de l'histoire du télescope et ouvre la voie à l'installation de l'instrument spectroscopique à énergie noire (DESI), qui commencera une période d'observation de cinq ans l'année prochaine à l'observatoire national de Kitt Peak (KPNO) de la National Science Foundation - qui fait partie de l'observatoire national d'astronomie optique (NOAO).

"Cette journée marque une étape importante pour nous, " a déclaré Michael Levi, directeur de DESI du laboratoire national Lawrence Berkeley du ministère de l'Énergie (Berkeley Lab), qui dirige la collaboration internationale du projet. "Maintenant, nous enlevons l'ancien équipement et commençons le processus d'un an pour mettre le nouveau matériel." Plus de 465 chercheurs d'environ 71 institutions participent à la collaboration DESI.

Toute l'extrémité supérieure du télescope, qui pèse autant qu'un autobus scolaire et abrite le miroir secondaire du télescope et un grand appareil photo numérique, seront supprimés et remplacés par des instruments DESI. Une grande grue soulèvera l'extrémité supérieure du télescope à travers la fente d'observation de son dôme.

En plus de fournir de nouvelles informations sur l'expansion de l'univers et sa structure à grande échelle, DESI aidera également à fixer des limites aux théories liées à la gravité et aux étapes de formation de l'univers, et pourrait même fournir de nouvelles mesures de masse pour une variété de particules subatomiques insaisissables mais abondantes appelées neutrinos.

"L'une des principales façons dont nous en apprenons sur l'univers invisible est par ses effets subtils sur le regroupement des galaxies, " a déclaré le co-porte-parole de la collaboration DESI Daniel Eisenstein de l'Université Harvard. " Les nouvelles cartes de DESI fourniront un nouveau niveau de sensibilité exquis dans notre étude de la cosmologie. "

Le télescope Mayall a joué un rôle important dans de nombreuses découvertes astronomiques, y compris des mesures soutenant la découverte de l'énergie noire et établissant le rôle de la matière noire dans l'univers à partir de mesures de la rotation des galaxies. Ses observations ont également été utilisées pour déterminer l'échelle et la structure de l'univers. On pense que la matière noire et l'énergie noire représentent ensemble environ 95 pour cent de la masse et de l'énergie de l'univers.

C'était l'un des plus grands télescopes optiques au monde à l'époque de sa construction, et en raison de sa construction robuste, il est parfaitement adapté pour transporter le nouvel instrument de 9 tonnes.

"Nous avons commencé ce projet en étudiant de grands télescopes pour en trouver un qui avait un miroir approprié et qui ne s'effondrerait pas sous le poids d'un instrument aussi massif, " a déclaré David Schlegel du Berkeley Lab, un scientifique du projet DESI.

Arjun Dey, le scientifique du projet NOAO pour DESI, expliqué, "Le Mayall a été conçu précocement comme un cuirassé et conçu avec un large champ de vision."

L'élargissement du champ de vision du télescope permettra à DESI de cartographier environ un tiers du ciel.

Brenna Flaugher, un scientifique du projet DESI qui dirige le département d'astrophysique au Laboratoire national de l'accélérateur Fermi, a déclaré que DESI transformera la vitesse de la science au télescope Mayall.

"Le télescope a été conçu pour transporter une personne au sommet qui le visait et le dirigeait, mais avec DESI tout est automatisé, " dit-elle. " Au lieu d'une à la fois, nous pouvons mesurer les vitesses de 5, 000 galaxies à la fois - nous en mesurerons plus de 30 millions dans notre enquête sur cinq ans."

DESI utilisera un tableau de 5, 000 robots pivotants, chacun soigneusement chorégraphié pour pointer un câble à fibre optique vers une séquence préprogrammée d'objets de l'espace lointain, y compris des millions de galaxies et de quasars, qui sont des galaxies qui abritent des masses, alimentant activement les trous noirs.

Les câbles à fibres optiques transporteront la lumière de ces objets vers 10 spectrographes, qui sont des outils qui vont mesurer les propriétés de cette lumière et aider à déterminer la distance des objets et la vitesse à laquelle ils s'éloignent de nous. Les observations de DESI fourniront un aperçu approfondi de l'univers primitif, il y a environ 11 milliards d'années.

Le cylindrique, robots à fibre, qui sera noyé dans une unité métallique arrondie appelée plan focal, se repositionnera pour capturer une nouvelle exposition du ciel environ toutes les 20 minutes. Le plan focal, qui est maintenant assemblé à Berkeley Lab, devrait être achevé et livré à Kitt Peak cette année.

DESI balayera un tiers du ciel et capturera environ 10 fois plus de données qu'un sondage précédent, le Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). Ce projet reposait sur une séquence de plaques métalliques tournées manuellement - avec des fibres branchées à la main dans des trous pré-percés - pour cibler des objets.

Tous les six objectifs de DESI, chacun environ un mètre de diamètre, sont complets. Ils seront soigneusement empilés et alignés dans une structure de support en acier et rouleront finalement avec le plan focal au sommet du télescope.

Chacune de ces lentilles a pris forme à partir de gros blocs de verre. Ils ont sillonné le globe pour recevoir divers soins, y compris le broyage, polissage, et revêtements. Il a fallu environ 3,5 ans pour produire chacune des lentilles, qui réside maintenant à l'University College London au Royaume-Uni et sera expédié sur le site DESI ce printemps.

Le télescope Mayall a été récemment enrôlé dans une étude du ciel soutenue par DESI connue sous le nom de Mayall z-Band Legacy Survey (MzLS), qui est l'un des quatre relevés du ciel que DESI utilisera pour présélectionner ses objets célestes ciblés. Cette enquête s'est terminée quelques jours seulement avant la fermeture temporaire du Mayall, tandis que les autres sont en cours.

Les données de ces enquêtes sont analysées au National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) de Berkeley Lab, une installation utilisateur du DOE Office of Science. Les données de ces enquêtes ont été rendues publiques sur legacysurvey.org.

"Nous pouvons voir environ un milliard de galaxies dans les images d'enquête, ce qui est assez amusant à explorer, " Schlegel a déclaré. "L'instrument DESI mesurera avec précision des millions de ces galaxies pour voir les effets de l'énergie noire."

Levi a noté qu'il y a déjà beaucoup de travail informatique en cours au NERSC pour se préparer au flux de données qui sortira de DESI une fois qu'il aura démarré.

"Ce projet consiste à générer d'énormes quantités de données, " dit Levi. " Les données iront directement du télescope au NERSC pour traitement. Nous allons créer des centaines d'univers dans ces ordinateurs et voir quel univers correspond le mieux à nos données."

L'installation des composants de DESI devrait commencer bientôt et se terminer en avril 2019, avec les premières observations scientifiques prévues en septembre 2019.

"L'installation de DESI sur le Mayall mettra le télescope au cœur de la prochaine décennie de découvertes en cosmologie, " a déclaré Risa Wechsler, Co-porte-parole de la collaboration DESI et professeur agrégé de physique et d'astrophysique au SLAC National Accelerator Laboratory et à l'Université de Stanford. "L'incroyable carte 3D qu'il mesurera peut résoudre certaines des plus grandes questions en suspens en cosmologie, ou surprenez-nous et amenez-en de nouveaux."