Hamarosan megkezdődik 11 milliárd év kozmikus történelmének rekonstrukciója a sötét energia újabb felmérésével

4565

Hamarosan elindul a csillagászok eddigi legambiciózusabb galaxistérképező projektje. A következő 5 év során egy, több ezer apró robotikus karral átalakított arizonai teleszkóppal 35 millió galaxis fénygörbéjét fogják rögzíteni, az eredményekből pedig rekonstruálni az Univerzum tágulásának történetét. A fő cél a sötét energia természetének értelmezése, mely titokzatos erő hatására Világegyetemünk egyre gyorsulva tágul.

Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) berendezés idén szeptemberben pillanthatja meg az “első fényt”. Az üzembe helyezési időszak után, tervek szerint 2020 januárjától az északi égboltot fogja felmérni a Kitt Peak National obszervatórium Mayall 4 méteres teleszkópjával karöltve. A DESI az Univerzum múltbéli tágulását vizsgáló kísérletek első generációjához tartozik, két évtizeddel azután, hogy először bukkantak a sötét energia jelenlétére erősen utaló bizonyítékokra 1998-ban. A generáció többi tagjai közé tartoznak földi és űrbéli obszervatóriumok is, melyek a 2020-as években kezdik majd meg működésüket.

A Tucson-ban található Kitt Peak National obszervatórium Mayall 4 méteres teleszkópja. Ennek tetejére fogják helyezni a DESI speciális berendezését, mellyel körülbelül 35 millió galaxis vöröseltolódását fogják kimérni. (John Briley for The Washington Post/Getty)

A felmérés során 11 milliárd évnyi kozmikus történelmet fognak rekonstruálni. Az eredmények alapján megválaszolhatjuk a sötét energia első és legalapvetőbb kérdését: állandó-e térben és időben, vagy az évmilliárdok alatt erősödött-e fel? A felmérés a korai Univerzum jellemzőin keresztül fogja követni a kozmikus tágulást, melyeket barionikus akusztikus oszcillációkként (BAO-k) ismerünk. Ezek az oszcillációk az anyagsűrűségben fellelhető fodrozódások, melyek a galaxishalmazok körülötti térben gömbszimmetrikus nyomokat hagytak. A galaxisok eloszlása a lenyomat szélein, valamint centrumában a legmagasabb (e régiót nevezik szuperhalmaznak) – ezen területek között pedig óriási üregek húzódnak.

Primordiális mintázat

A szuperhalmazok olyan régiókban alakultak ki, ahol a sötét anyag (az a fényt nem kibocsátó anyag, amely a hasonló nagy struktúrák kialakulását irányítja) saját gravitációs vonzása alatt összegyűlt. A galaxisok halmazba rendeződésének primordiális mintázata az Ősrobbanástól számított körülbelül 1 millió év eltelte óta nem változott. Ahogyan az Univerzum tágult, a BAO-k követték, így mostanra már körülbelül 320 megaparszek szélesek (1 milliárd fényév). Kozmológusok ezt a távolságot vonalzóként használják, a BAO-k méretének időbeli követésével ugyanis rekonstruálható az Univerzum tágulása.

„A térkép mintázata gyakorlatilag változatlan, a skála azonban növekszik” – mondta Daniel Eisenstein, a Harvard Egyetem fizikusa és a DESI szóvivője. A BAO-k követéséhez szükség van a galaxisok 3 dimenziós térképére, melyet vöröseltolódásuk kimérésével tudnak létrehozni. A vöröseltolódás mutatja meg, milyen sebességgel távolodik az adott galaxis a Tejútrendszertől, melyből meg lehet állapítani a távolságát is.

Minél több vöröseltolódást mérnek, annál precízebben követhetőek a BAO-k. Eisenstein és más kutatók is felfedezték már a BAO-k egyértelmű jeleit korábbi galaxisfelmérések eredményeiben is, ilyenek például a 2014-ben véget ért Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), vagy a 2002-ig futó Two-degree-Field Galaxy Redshift Survey (2dFGRS). Ez a két felmérés együttesen közel 2,4 millió galaxist térképezett fel. A DESI azonban egy nagyságrenddel több galaxisról készít majd méréseket, pár hónap leforgása alatt lekörözve elődjeit.

Robotikus alakítások

Gyorsaságát a DESI egy merőben eltérő tervezésnek köszönheti. Korábbi felmérések, mint például a BOSS egyedileg gyártott fémlemezekbe illesztett optikai szálakkal dolgoztak, hogy minden egyes galaxis fényét begyűjtve azt egy különálló spektrográfba továbbítva megmérjék a vöröseltolódásokat. A lemezeket azonban cserélni kellett minden egyes új égbolt terület felmérése előtt, mely lassú és körülményes folyamat volt.

A DESI fókuszsíkja a Mayall teleszkóp tetejére fog kerülni, 5000 robotikus karjával együtt. Ezek mindegyike egy optikai szálat irányít és pozicionál az egyes galaxisok és kvazárok elhelyezkedésének megfelelően. (DESI)

A DESI ezzel szemben 5000 apró, méhsejtszerűen elhelyezett robotikus kar segítségével fogja cserélni a lemezeket. Mihelyst a galaxisok képei (mindegyik hozzávetőlegesen 100 mikrométer széles) megjelennek a teleszkóp fókuszsíkjában, a robotkarok minden egyes optikai szálat az egyes képek közepének 10 mikrométeres sugarába helyeznek majd. A BOSS éjszakánként tipikusan 5 különböző lemezt vizsgált, a DESI fókuszsíkját azonban pár perc alatt újra lehet konfigurálni az égbolt egy másik részének megfelelően. A fő limitáló tényező tehát csupán az, hogy mennyi ideig szükséges exponálni az elegendő mennyiségű fény összegyűjtéséhez. Az évszaktól és az időjárástól függően a DESI 30 vagy akár több expozíciót is elvégezhet, melyek mindegyike több ezer vöröseltolódás adatot tartalmaz, egyetlen éjszaka alatt.

A robotkarok működését, készítését és beszerelését bemutató 3 perces angol nyelvű videó ide kattintva tekinthető meg. A DESI projektről bővebben ezen a honlapon olvashatnak.

Forrás: Nature

Hozzászólás

hozzászólás