DESI, evrenin en büyük 3 boyutlu haritasını oluşturuyor

DESI’den evrenin 3 boyutlu bilgisayarlı tomografisi. Dünya sol altta, Başak takımyıldızı yönünde 5 milyar ışıkyılı uzaklıktan bakıyor. Video ilerledikçe, perspektif Çizme takımyıldızına doğru kayar. Her renkli nokta, yüz milyarlarca yıldızdan oluşan bir galaksiyi temsil ediyor. Yerçekimi, galaksileri yoğun kümeler, lifler ve boşluklardan oluşan bir “kozmik ağa” çekmiştir. Kredi: D. Schlegel/Berkeley Lab, DESI verilerini kullanarak

karanlık enerji spektroskopi aletiDESI), şimdiye kadar yapılmış evrenin en büyük ve en ayrıntılı haritasını oluşturarak, önceki tüm 3B galaksi araştırma kayıtlarını kırarak araştırmasının ilk yedi ayını kapattı. Ancak, beş yıllık görevi boyunca yolun yalnızca %10’una yaklaşmaktadır. Tamamlandığında, bu devasa ayrıntılı 3B harita, karanlık enerjinin daha iyi anlaşılmasını sağlayacak ve böylece fizikçilere ve astronomlara evrenin geçmişi ve geleceği hakkında daha iyi bir anlayış kazandıracak. Bu arada, anketin şimdiye kadarki şaşırtıcı teknik performansı ve kozmik başarıları, bilim adamlarının evrendeki en güçlü ışık kaynaklarının sırlarını ortaya çıkarmalarına yardımcı oluyor.

DESI, Enerji Bakanlığı’nın Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Laboratuvarı) tarafından, Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi’nden inşaat ve operasyonlar için tohum finansmanı ile yönetilen uluslararası bir bilim işbirliğidir.

DESI bilim adamları, bu hafta, diğer öncü kozmolojik deneylerden güncellemeleri de içerecek olan CosmoPalooza adlı Berkeley Lab tarafından düzenlenen bir web seminerinde bu hafta cihazın performansını ve bazı erken astrofizik sonuçlarını sunuyorlar.

Konuşmacılardan biri olan Berkeley Lab bilim adamı Julian Gay, “İçinde çok fazla güzellik var” dedi. “3 boyutlu haritadaki galaksilerin dağılımında devasa kümeler, iplikçikler ve boşluklar var. Bunlar evrendeki en büyük yapılar. Ama onların içinde, çok erken evrenin ve onun genişleme tarihinin bir izini buluyorsunuz. o zamandan beri.”

DESI bu noktaya gelmek için uzun bir yol kat etti. Başlangıçta on yıldan fazla bir süre önce önerildi ve cihazın yapımına 2015’te başlandı. Tucson, Arizona yakınlarındaki Kate Summit Gözlemevi’ndeki 4 metrelik Nicholas U Maywell Teleskobu’na kuruldu. Kitt Peak Ulusal Gözlemevi, Ulusal Bilim Vakfı (NSF) NOIRLab’ın, Enerji Bakanlığı’nın DESI araştırması için Mayall Teleskopu’nu işletmek üzere sözleşme yaptığı bir programıdır. Cihaz ilk ışığını 2019’un sonlarında gördü. Ardından, doğrulama aşamasında koronavirüs pandemisi vurdu ve bazı uzaktan çalışmalar devam etmesine rağmen teleskop birkaç ay boyunca kapandı. Aralık 2020’de DESI gözlerini tekrar gökyüzüne çevirdi, donanımını ve yazılımını test etti ve Mayıs 2021’e kadar bilimsel araştırmasına başlamaya hazırdı.

Tamamlanmış Sloan Dijital Gökyüzü Anketi’nden galaksilerin 3 boyutlu haritasında gezinin.

Karanlık Enerji Spektroskopisinin (DESI; sağda) ilk birkaç ayındaki galaksilerin 3B haritasından bir kesit. Dünya merkezde yer almaktadır ve en uzak galaksiler ondan 10 milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunmaktadır. Her nokta bir galaksiyi temsil eder. 3B DESI haritasının bu 2B dilimi, şu anda taranan 7,5 milyon gökadanın yalnızca yaklaşık 800.000’ini göstermektedir; bu, kendi başına, son haritada yer alacak olan 35 milyon gökadanın yalnızca bir kısmıdır. Kredi: D. Schlegel/Berkeley Lab, DESI verilerini kullanarak

Ancak DESI üzerindeki çalışmalar, anket başladıktan sonra bitmedi. CosmoPalooza DESI oturumundan ilk makaleyi sunacak olan, projede yer alan bir makine bilimcisi olan Ohio Eyalet Üniversitesi fizikçisi Klaus Hünscheid, “Bu aletin çalışması için çalışmalar devam ediyor” dedi. Honscheid ve ekibi, aletin ideal olarak gece izleme sırasında herhangi bir müdahale olmaksızın sorunsuz ve otomatik olarak çalışmasını sağlar. “Gece bekçilerinden aldığım geri bildirimler vardiyaların sıkıcı olduğu ve bunu bir iltifat olarak alıyorum” dedi.

Ancak bu monoton iş hacmi, optik fiberleri DESI cihazına yerleştiren 5.000 karmaşık robotun her birinin inanılmaz derecede ayrıntılı kontrolünü gerektirir ve konumlarının 10 mikron içinde doğru olmasını sağlar. Honshed, “On mikron çok küçük” dedi. “Bir insan saçının kalınlığından daha az. Ve milyarlarca ışıkyılı uzaklıktaki galaksilerden ışık toplamak için her bir robotu yerleştirmelisiniz. Bu sistemi her düşündüğümde, bunu nasıl başarabileceğimizi merak ediyorum. Bir araç olarak DESI’nin başarısı gurur duyulacak bir şeydir.”

Karanlık enerjinin gerçek renklerini görmek

Bu seviye sağlık Anketin birincil görevini yerine getirmek gerekiyor: tüm gökyüzünün üçte birinden fazlasındaki milyonlarca galaksinin ayrıntılı renk tayfı görüntülerini toplamak. DESI, her galaksiden gelen ışığı kendi renk spektrumlarına bölerek, ışığın kırmızıya kaymasını ölçebilir – evrenin Dünya’ya ulaşmadan önce kat ettiği milyarlarca yıl boyunca genişlemesiyle spektrumun kırmızı ucuna doğru gerilir. DESI’nin gökyüzünün derinliğini görmesini sağlayan bu kırmızıya kaymalardır.

Genel olarak galaksinin spektrumunun kırmızıya kayması ne kadar büyükse, ondan o kadar uzaktır. Fizikçiler, evrenin 3 boyutlu bir haritasıyla, gökada kümelerini ve üstkümelerini haritalayabilirler. Bu yapılar, bebek evrende sadece dalgalanmalar olduklarında, ilk oluşumlarının yankılarını taşır. Fizikçiler, bu yankıları tetikleyerek, evrenin genişleme tarihini belirlemek için DESI verilerini kullanabilirler.

DESI ile keşfedilen yeni kuasar, Büyük Patlama’dan bir milyar yıldan daha kısa bir süre sonra, yaklaşık 13 milyar yıl önce olduğu haliyle evrene bir bakış sunuyor. Bu, son derece yüksek kırmızıya kayma DESI kuasarlarının bir seçiminden şimdiye kadar tespit edilen en uzak DESI kuasarıdır. Arka plan, bu kuasar ve çevresini DESI Eski Fotogrametri Araştırmalarında göstermektedir. Kredi: Jenny Yang, Steward Gözlemevi/Arizona Üniversitesi

Bilimsel amacımız, ilkel evrendeki dalgaların parmak izini ölçmektir. plazmadedi adam. “Araştırmamızda bu dalgaların etkisini milyarlarca yıl sonra ve bu kadar hızlı bir şekilde tespit edebilmemiz şaşırtıcı.”

Tüm evrenin kaderi tehlikede olduğundan, genişleme tarihini anlamak çok önemlidir. Bugün, evrenin içeriğinin yaklaşık %70’i, evrenin genişlemesini hızlandıran gizemli bir enerji biçimi olan karanlık enerjidir. Evren genişledikçe, daha fazla karanlık enerji ortaya çıkar ve evrendeki karanlık enerjinin bir kısmını yukarı doğru hareket ettiren bir döngüde genişlemeyi daha da hızlandırır. Karanlık enerji nihayetinde evrenin kaderini belirleyecek: sonsuza kadar genişleyecek mi? Yine kendi içine mi çökecek? büyük patlama arkaya? Yoksa kendini mi parçalayacak? Bu soruları yanıtlamak, geçmişte karanlık enerjinin nasıl davrandığı hakkında daha fazla bilgi edinmek anlamına gelir – ve DESI tam olarak bunun için tasarlanmıştır. Ve kozmologlar, genişleme tarihini büyüme tarihiyle karşılaştırarak, Einstein’ın genel görelilik teorisinin bu muazzam uzay ve zaman uzantıları üzerinde geçerli olup olmadığını doğrulayabilirler.

Kara delikler ve parlak galaksiler

Ancak evrenin kaderini anlamak, DESI araştırmasının daha fazlasını tamamlayana kadar beklemelidir. Bu arada, DESI, galaksilerin henüz genç olduğu 10 milyar yıldan daha uzun bir süre önce, uzak geçmişe dair anlayışımızda şimdiden atılımlar gerçekleştiriyor.

Arizona Üniversitesi’nden astronomi alanında DESI üzerinde çalışan yüksek lisans öğrencisi Ragadeepika Pucha, “Bu gerçekten harika” dedi. “DESI bize galaksi oluşumu ve evriminin fiziği hakkında daha fazla bilgi verecek.”

Pucha ve meslektaşları, küçük galaksilerdeki orta kütleli kara deliklerin davranışını anlamak için DESI verilerini kullanıyor. Süper kütleli karadeliklerin bizimki gibi neredeyse her büyük galaksinin kalbinde yaşadığı düşünülüyor. Samanyolu. Ancak küçük galaksilerin çekirdeklerinde her zaman kendi (daha küçük) kara delikleri olsun ya da olmasın. Kara delikleri kendi başlarına bulmak neredeyse imkansız olurdu – ancak yeterince malzeme çekerlerse tespit edilmeleri daha kolay hale gelecek. Gaz, toz ve diğer maddeler içine düştüğünde Kara delik Isındıkça (yıldızın çekirdeğinin üzerindeki sıcaklıklara) iç kesimlerde aktif bir galaktik çekirdek (AGN) oluşur. Büyük galaksilerde aktif galaktik çekirdekler, bilinen evrendeki en parlak nesneler arasındadır. Ancak daha küçük gökadalarda, AGN’ler çok daha sönük olabilir ve yeni doğan yıldızlardan ayırt edilmesi zor olabilir. DESI tarafından yakalanan tayflar bu sorunun çözülmesine yardımcı olabilir ve bunların gökyüzüne ne kadar yayıldıkları, genç galaksilerin çekirdekleri hakkında her zamankinden daha fazla bilgi verecektir. Bu çekirdekler, bilim adamlarına AGN’lerin erken evrende nasıl oluştuğuna dair ipuçları verecek.

Kuasarlar – çeşitli parlak galaksiler grubu – en parlak ve en uzak nesneler arasındadır. İngiltere’deki Durham Üniversitesi’nde astronomi alanında yüksek lisans öğrencisi olan Victoria Fawcett, “Onları, evrenin tarihine bakarak elektrik direği olarak düşünmeyi seviyorum” dedi. Kuasarlar, saf güçleri nedeniyle erken evrenin mükemmel sondalarıdır. DESI verileri 11 milyar yıl geriye gidecek.

Fawcett ve meslektaşları, kuasarların evrimini anlamak için DESI verilerini kullanıyor. Kuasarların, güneş gibi puslu bir şekilde yaydıkları ışığı kırmızılaştıran bir toz zarfıyla çevrili oldukları düşünülmektedir. Yaşlandıkça bu tozu dışarı atarlar ve mavileşirler. Ancak kırmızı kuasarlarla ilgili verilerin azlığı nedeniyle bu teoriyi test etmek zor oldu. DESI, önceki anketlerden daha fazla kuasar bulunduğundan, son anket verilerinde 2,4 milyon kuasar bekleniyor.

Fawcett, “DESI gerçekten harika çünkü daha soluk ve daha kırmızı olan şeyleri alıyor,” dedi. Bunun, bilim adamlarının daha önce test edilemeyen kuasarların evrimi hakkındaki fikirleri test etmelerine izin verdiğini ekliyor. Ve bu sadece kuasarlarla sınırlı değil. Fawcett, “Daha önce ayrıntılı olarak inceleyemediğimiz çok sayıda nadir şey örnekleri de dahil olmak üzere çok sayıda egzotik sistem buluyoruz.” Dedi.

DESI’ye daha çok var. Anket şimdiden 7,5 milyondan fazla galaksiyi katalogladı ve ayda bir milyonun üzerinde galaksi hızında daha fazlasını ekliyor. Yalnızca Kasım 2021’de DESI, 2,5 milyon galaksinin kırmızıya kaymalarını katalogladı. 2026’daki faaliyetinin sonunda, DESI’nin kataloğunda çok çeşitli kozmoloji ve astrofizik araştırmalarına olanak tanıyan 35 milyondan fazla galaksiye sahip olması bekleniyor.

Bucha, “Bütün bu veriler orada ve sadece analiz edilmeyi bekliyor.” Dedi. “Ve sonra galaksiler hakkında birçok şaşırtıcı şey bulacağız. Bana göre bu heyecan verici.”

DESI, Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi ve Enerji Bakanlığı Bilim Ofisinin bir kullanıcı tesisi olan Enerji Araştırmaları için Ulusal Bilimsel Hesaplama Merkezi tarafından desteklenmektedir. DESI için ek destek ABD Ulusal Bilim Vakfı, Birleşik Krallık Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi, Gordon ve Betty Moore Vakfı, Heising-Simons Vakfı, Fransız Alternatif ve Atom Enerjisi Komisyonu (CEA), Ulusal Bilim ve Meksika Teknoloji Konseyi, İspanya Ekonomi Bakanlığı, DESI üyesi kurumlar.

DESI Collaboration, Tohono O’odham ulusunun özellikle ilgisini çeken bir dağ olan Iolkam Du’ag Dağı (Kitt Peak) üzerinde bilimsel araştırmalar yürütmesine izin verme onuruna sahiptir.