Une petite section du plan focal DESI, montrant les positionneurs robotiques uniques en leur genre. Les fibres optiques, qui sont installés dans les positionneurs robotisés, sont rétro-éclairés avec une lumière bleue dans cette image. Crédit :Collaboration DESI
Une quête de cinq ans pour cartographier l'univers et percer les mystères de "l'énergie noire" commence officiellement aujourd'hui, 17 mai, à l'observatoire national de Kitt Peak près de Tucson, Arizona. Pour terminer sa quête, l'instrument spectroscopique à énergie noire (DESI) capturera et étudiera la lumière de dizaines de millions de galaxies et d'autres objets distants dans l'univers.
DESI est une collaboration scientifique internationale gérée par le laboratoire national Lawrence Berkeley du ministère de l'Énergie, ou Berkeley Lab, avec un financement principal de l'Office of Science du DOE.
En recueillant la lumière de quelque 30 millions de galaxies, les scientifiques du projet disent que DESI les aidera à construire une carte 3D de l'univers avec des détails sans précédent. Les données les aideront à mieux comprendre la force répulsive associée à "l'énergie noire" qui entraîne l'accélération de l'expansion de l'univers sur de vastes distances cosmiques.
Jim Siegrist, directeur associé pour la physique des hautes énergies au DOE, déclare « Nous sommes ravis de voir le début de DESI, le premier projet d'énergie noire de nouvelle génération à commencer son étude scientifique. Parallèlement à sa mission principale d'études sur l'énergie noire, l'ensemble de données sera utilisé par la communauté scientifique au sens large pour une multitude d'études d'astrophysique. »
Qu'est-ce qui distingue DESI des précédents relevés du ciel ? Le directeur de projet, Michael Levi de Berkeley Lab, mentionné, "Nous mesurerons 10 fois plus de spectres de galaxies que jamais obtenus. Ces spectres nous donnent une troisième dimension." Au lieu d'images bidimensionnelles de galaxies, quasars et autres objets distants, il expliqua, l'instrument capte la lumière, ou spectres, du cosmos de telle sorte qu'il "devienne une machine à remonter le temps où nous plaçons ces objets sur une chronologie qui remonte à 11 milliards d'années".
"DESI est le plus ambitieux d'une nouvelle génération d'instruments visant à mieux comprendre le cosmos, en particulier, sa composante d'énergie noire, " a déclaré Nathalie Palanque-Delabrouille, co-porte-parole du projet, cosmologue au Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, ou CEA. Elle a déclaré que le programme scientifique, y compris son propre intérêt pour les quasars, permettra aux chercheurs d'aborder avec précision deux questions principales :qu'est-ce que l'énergie noire ? et le degré auquel la gravité suit les lois de la relativité générale, qui forment la base de notre compréhension du cosmos.
"Cela a été un long voyage depuis les premières étapes que nous avons prises il y a près d'une décennie pour concevoir l'enquête, puis décider des cibles à observer, et maintenant d'avoir les instruments pour que nous puissions atteindre ces objectifs scientifiques, " Palanque Delabrouille, mentionné. "C'est très excitant de voir où nous en sommes aujourd'hui."
Le lancement officiel de l'étude de cinq ans de DESI fait suite à une période d'essai de quatre mois de son instrumentation personnalisée qui a capturé 4 millions de spectres de galaxies, soit plus que la sortie combinée de toutes les études spectroscopiques précédentes.
Le disque de la galaxie d'Andromède, M31, qui s'étend sur plus de 3 degrés, est ciblé par un seul pointage DESI, représenté par le grand, vert pâle, superposition circulaire. Les plus petits cercles dans cette superposition représentent les régions accessibles à chacun des 5, 000 positionneurs de fibre robotique DESI. Dans cet échantillon, le 5, 000 spectres qui ont été simultanément collectés par DESI incluent non seulement des étoiles dans la galaxie d'Andromède, mais aussi des galaxies lointaines et des quasars. L'exemple de spectre DESI qui recouvre cette image est celui d'un quasar lointain, QSO, 11 milliards d'années. Crédit :collaboration DESI et études d'imagerie héritées DESI
L'instrument DESI réside dans le télescope de 4 mètres Nicholas U. Mayall modernisé à l'observatoire national de Kitt Peak, un programme du NOIRLab de la National Science Foundation. L'instrument comprend de nouvelles optiques qui augmentent le champ de vision du télescope et comprend 5, 000 fibres optiques contrôlées par robot pour recueillir des données spectroscopiques à partir d'un nombre égal d'objets dans le champ de vision du télescope.
"Nous n'utilisons pas les plus gros télescopes, " a déclaré David Schlegel du Berkeley Lab, qui est le scientifique du projet DESI. "C'est que les instruments sont meilleurs et très fortement multiplexés, ce qui signifie que nous pouvons capturer la lumière de nombreux objets différents à la fois."
En réalité, le télescope "pointe littéralement sur 5, 000 galaxies différentes simultanément, " a déclaré Schlegel. Une nuit donnée, il explique, lorsque le télescope est déplacé dans une position cible, les fibres optiques s'alignent pour collecter la lumière des galaxies lorsqu'elle est réfléchie par le miroir du télescope. De là, la lumière est introduite dans une banque de spectrographes et de caméras CCD pour un traitement et une étude ultérieurs.
"C'est vraiment une usine que nous avons - une usine de spectres, " a déclaré le responsable de la validation de l'enquête, Christophe Yeché, également cosmologiste au CEA. "Nous pouvons en collecter 5, 000 spectres toutes les 20 minutes. Dans une bonne nuit, nous collectons les spectres d'environ 150, 000 objets."
"Mais ce n'est pas seulement le matériel de l'instrument qui nous a amenés à ce point, c'est aussi le logiciel de l'instrument, le système nerveux central de DESI, " a déclaré Klaus Honscheid, professeur de physique à l'Ohio State University qui a dirigé la conception des systèmes de contrôle et de surveillance de l'instrument DESI. Il attribue des dizaines de personnes dans son groupe et dans le monde qui ont construit et testé des milliers de composants de DESI, dont la plupart sont propres à l'instrument.
Les spectres collectés par DESI sont les composantes de la lumière correspondant aux couleurs de l'arc-en-ciel. leurs caractéristiques, y compris la longueur d'onde, révéler des informations telles que la composition chimique des objets observés ainsi que des informations sur leur distance relative et leur vitesse.
Au fur et à mesure que l'univers s'étend, les galaxies s'éloignent les unes des autres, et leur lumière est décalée vers plus longtemps, longueurs d'onde plus rouges. Plus la galaxie est éloignée, plus son "redshift" est grand. En mesurant les décalages vers le rouge des galaxies, Les chercheurs de DESI créeront une carte 3D de l'univers. La distribution détaillée des galaxies sur la carte devrait fournir de nouvelles informations sur l'influence et la nature de l'énergie noire.
« L'énergie noire est l'un des principaux moteurs scientifiques de DESI, " a déclaré le co-porte-parole du projet Kyle Dawson, professeur de physique et d'astronomie à l'Université de l'Utah. "Le but n'est pas tant de savoir combien il y en a – nous savons qu'environ 70% de l'énergie dans l'univers aujourd'hui est de l'énergie noire – mais d'étudier ses propriétés."
L'univers s'étend à une vitesse déterminée par son contenu énergétique total, Dawson explique. Comme l'instrument DESI regarde dans l'espace et dans le temps, il dit, "nous pouvons littéralement prendre des instantanés aujourd'hui, hier, il y a 1 milliard d'années, Il y a 2 milliards d'années, aussi loin que possible dans le temps. Nous pouvons ensuite déterminer le contenu énergétique de ces instantanés et voir comment il évolue. »
