Et 45 år gammelt teleskop kommer til å få en høyteknologisk oppgradering som gjør det mulig å søke etter svar på de mest forvirrende spørsmålene i astronomi, inkludert eksistensen av mørk energi, en hypotetisk usynlig styrke som kan føre til utvidelsen av universet.
Nicholas U. Mayall-teleskopet i Arizona stengte tidligere denne uken for å forberede seg på installasjonen av en 9-tonns enhet som vil inneholde 5000 blyanter-størrelse roboter som sikter fiberoptiske sensorer mot fjerne galakser.
Hvert 20. minutt vil de svingbare robotene omplasseres for å la instrumentet - kalt Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) - fange en ny del av himmelen. Ti ekstremt kraftige instrumenter kalt spektrografer vil deretter analysere lyset fra de fjerne objektene som er fanget av sensorene og lage det som hittil er blitt beskrevet som det største og mest detaljerte 3D-kartet av universet.
"Vi startet med et konseptuelt design for instrumentet i 2010," sa Joseph Silber, en DESI-prosjektingeniør som jobber ved University of California Lawrence Berkeley Laboratory, i en uttalelse. "Det er basert på vitenskap som ble gjort på Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) instrument. Men alt er gjort robotisk i stedet for manuelt."
BOSS-instrumentet, ved Apache Point-observatoriet i New Mexico, har 1 000 optiske fibre som kan oppdage lyssignaler fra de dimmeste og fjerneste galakser. For DESI brukte ingeniørene fem ganger så mange fibre. BOSS-forskere må bruke metallplater med nøye borede hull for å rette de optiske fibrene mot sine mål. For hver del av himmelen de vil avbilde, trenger ingeniørene lage nye plater og montere dem på teleskopet. Når det gjelder DESI, vil robotene gjøre alt det harde arbeidet, og øke hastigheten på skanningen betraktelig, sa forskerne.
"Det er 5000 individuelle roboter, og hver og en kjører én optisk fiber," sa Silber til Live Science. "Den optiske fiberen blir deretter ført omtrent 50 meter ned teleskopet til et eget rom der disse veldig store og følsomme spektrografinstrumentene er installert."
Ved å måle hvordan bølgelengden til lys som kommer fra fjerne galakser (eller et himmelobjekt) endres, vil forskerne kunne finne ut hvor langt de er, og hvor raskt galaksene beveger seg bort. Når en gjenstand beveger seg bort fra oss, forskyves lyset mot den røde delen av lysspekteret (en lengre bølgelengde), og det er derfor det kalles rødforskyvning.
Omfanget og kompleksiteten på kartet vil hjelpe forskerne til å forstå hvordan mørk energi og tyngdekraft har konkurrert gjennom hele evolusjonen av universet. Mørk energi er den ennå uprovoserte kraften som konkurrerer med tyngdekraften og forårsaker den akselererende ekspansjonen av universet. Det anslås at den mørke energien utgjør opptil 68 prosent av den totale energien som er til stede i universet.
Instrumentets følsomhet vil tillate astronomene å se galakser så fjerne at lyset deres reiser til Jorden mange milliarder av år. Forskerne sa at instrumentet, ved å se på hvor lang tid det tar lyset å nå det, ville tillate dem å se tilbake så langt som for 11 milliarder år siden.
"En av de viktigste måtene vi lærer om det usettede universet, er ved dets subtile effekter på galaksenes klynge," sa DESI Collaboration-med talsperson Daniel Eisenstein fra Harvard University. "De nye kartene fra DESI vil gi et utsøkt nytt nivå av følsomhet i vår studie av kosmologi."
I løpet av de planlagte fem årene med drift vil DESI måle hastigheter på rundt 30 millioner galakser og kvasarer - supermassive sorte hull omgitt av en plate med bane rundt materiale, ifølge Brenna Flaugher, en DESI prosjektforsker som leder astrofysikkdepartementet ved Fermi National Accelerator Laboratorium.
"I stedet for en om gangen, kan vi måle hastighetene til 5000 galakser om gangen," sa hun.
Instrumentet, et samarbeid mellom 71 forskningsinstitusjoner, vil fange opp omtrent 10 ganger mer data enn forgjengeren, BOSS.
"Dette prosjektet handler om å generere enorme mengder data," sa DESI-direktør Michael Levi fra Department of Energys Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), som leder prosjektet. Forskerne vil bruke dataene i datasimuleringer av universer.
Silber og teamet hans har allerede produsert 3.000 posisjonsroboter og installert dem i kileformede kronblad som skal være innebygd i instrumentets fokusplan. DESIs seks linser gjennomgår for øyeblikket sluttbehandling ved University College London og vil bli sendt til USA denne våren slik at installasjonen av komponentene kan starte.
DESI forventes å utføre sine første målinger våren 2019.
