Виконання п’ятирічного завдання зі створення мапи Всесвіту та розкриття таємниць темної енергії розпочато офіційно 17 травня 2021 р. в Національній обсерваторії Кітт Пік поблизу Тусона, штат Арізона. По завершенню цього завдання Спектроскопічний прилад темної енергії (Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI) зареєструє світло від десятків мільйонів галактик та інших далеких об’єктів у Всесвіті.

DESI — це міжнародна наукова співпраця, керована Національною лабораторією імені Лоуренса в Берклі, або Лабораторією Берклі, за базового фінансування від Управління науки Міністерства енергетики США (Department of Energy, DOE).

Зібравши світло від 30 мільйонів галактик, науковці проєкту кажуть, що DESI допоможе їм побудувати 3D-карту Всесвіту з безпрецедентними деталями. Дані допоможуть краще зрозуміти силу відштовхування, пов’язану з темною енергією, що прискорює розширення Всесвіту на величезних космічних відстанях.

Джим Сейґріст (Jim Siegrist), заступник директора з фізики високих енергій в DOE, сказав: «Ми раді бачити початок DESI, першого проєкту наступного покоління з пошуку носія темної енергії, що розпочав наукове дослідження. Поряд з основною місією досліджень темної енергії, набір отриманих даних буде використаний широким науковим співтовариством для багатьох досліджень в галузі астрофізики».

Що відрізняє DESI від попередніх оглядів неба? Директор проєкту з Лабораторії Берклі Майкл Леві (Michael Levi), сказав: «Ми отримаємо вдесятеро більше спектрів галактик, ніж будь-коли раніше. Ці спектри дадуть нам третій вимір». Замість двовимірних зображень галактик, квазарів та інших віддалених об’єктів, пояснив він, прилад збирає світло або спектри таким чином, що «стає машиною часу, коли ми розміщуємо ці об’єкти на часовій шкалі, яка сягає в минуле на 11 мільярдів років».

«DESI є найамбітнішим з нового покоління приладів, спрямованих на краще розуміння космосу ― зокрема, його темної енергетичної складової», — сказала спів-речник проєкту Наталі Паланкі-Делабрюллі (Nathalie Palanque-Delabrouille), космолог з Франції, яка представляє Комісію з питань альтернативних енергій та атомної енергії (Alternative Energies and Atomic Energy Commission, CEA). За її словами, наукова програма, зокрема її власний інтерес до квазарів, дасть змогу дослідникам з високою точністю вирішити два основні питання: що таке темна енергія та міру того, наскільки гравітація відповідає загальній теорії відносності, яка є основою нашого розуміння космосу.

«Це була довга подорож від перших кроків, які ми зробили майже десять років тому, щоб скласти уявлення про новий огляд неба, потім вирішити, яких цілей слід дотримуватися, і мати тепер інструменти, щоб досягти цих наукових цілей», ― сказала Паланкі-Делабрюллі. «Дуже захопливо бачити, де ми сьогодні перебуваємо».

Офіційний старт п’ятирічного огляду DESI відбувся після чотиримісячного випробувального користування спеціальними приладами, які зафіксували 4 мільйони спектрів галактик — більше, ніж загальний результат усіх попередніх спектроскопічних досліджень.

Диск галактики Андромеди (M31) діаметром більше 3 кутових градусів у полі зору DESI (велике блідо-зелене коло). Менші кола в межах цього поля зору показують ділянки, доступні для кожного з 5000 позиціонерів роботизованого волокна DESI. У цій вибірці 5000 спектрів, одночасно зібраних DESI, ― це спектри не лише зір в галактиці Андромеди, але також віддалених галактик та квазарів. Приклад спектру від DESI (на вставці) — це спектр далекого квазара вік якого становить 11 мільярдів років. Фото з сайту https://phys.org.

DESI встановлено на модернізованому 4-метровому телескопі імені Ніколаса Ульріха Мейолла в Національній обсерваторії Кітт Пік, що працює за програмою NOIRLab Національного наукового фонду. Прилад має нову оптику, що збільшує поле зору телескопа, і оснащений 5000 оптичними волокнами, якими управляє робот. Це дає змогу збирати спектроскопічні дані від однакової кількості об’єктів у полі зору телескопа.

«Ми не використовуємо найбільші телескопи», ― сказав науковий співробітник проекту DESI з Лабораторії Берклі Девід Шлеґель (David Schlegel),. «Натомість це кращий багатоканальний інструмент, а це означає, що ми можемо вловлювати світло від багатьох різних об’єктів одночасно».

Насправді телескоп «буквально дивиться одночасно 5000 різних галактик», сказав Шлеґель. Кожної ночі, пояснює він, коли телескоп встановлюють у цільове положення, оптичні волокна вирівнюються, щоб збирати світло від галактик, коли воно відбивається від дзеркала телескопа. Звідти світло подається у блок спектрографів та CCD-камер для подальшої обробки та вивчення.

«Ми справді маємо фабрику — фабрику спектрів», ― сказав керівник роботи з виконання огляду Крістоф Єче (Christophe Yeche), також космолог із CEA. «Ми можемо збирати 5000 спектрів кожні 20 хвилин. У добру ніч ми отримуємо спектри приблизно 150 000 об’єктів».

«Але не лише апаратне забезпечення приладу дало нам змогу це робити. Важливим є також програмне забезпечення приладів, центральна нервова система DESI», — сказав Клаус Гоншайд (Klaus Honscheid), професор фізики в університеті штату Огайо, який керував розробкою системи управління та моніторингу приладів DESI. Він зараховує десятки людей з всього світу до ​​своєї групи, які створили та випробували тисячі компонентних деталей DESI, більшість з яких унікальні для цього інструменту.

Спектри, зібрані DESI, належать видимому світлу, тобто відповідають кольорам веселки. Їх характеристики, зокрема довжини хвиль, дають змогу виявляти таку інформацію, як хімічний склад спостережуваних об’єктів, а також інформацію про їх відносну відстань і швидкість.

У міру розширення Всесвіту галактики віддаляються одна від одної, і їх світло зміщується в бік довших, червоніших, довжин хвиль. Що віддаленіша галактика, то більше її червоне зміщення. Вимірявши червоні зміщення галактик, дослідники DESI створять 3D мапу Всесвіту. Докладний розподіл галактик на мапі, як очікується, дасть нові уявлення про вплив і природу темної енергії.

«Темна енергія є одним з основних наукових рушіїв для DESI», ― заявив спів-речник проєкту Кайл Довсон (Kyle Dawson), професор фізики та астрономії з університету штату Юта. «Мета полягає не стільки в тому, щоб дізнатись, скільки її існує — ми знаємо, що нині близько 70% енергії у Всесвіті ― це темна енергія, ― а в тому, щоб вивчити її властивості».

Всесвіт розширюється зі швидкістю, яку визначає його загальний вміст енергії, пояснює Довсон. Оскільки прилад DESI оглядає простір і час, то за словами науковця: «ми можемо буквально робити знімки сьогодні, вчора, 1 мільярд років тому, 2 мільярди років тому — якнайдалі назад у часі. Ми можемо тоді з’ясувати вміст енергії в кожен момент часу і подивіться, як змінювався цей вміст».

За інф. з сайту https://phys.org