DESI’nin Evrenin üç boyutlu “CT taraması”. Dünya, sol altta, Başak takımyıldızı yönünde 5 milyar ışıkyılı aşkın bir süredir bakıyor. Video ilerledikçe, perspektif Çoban takımyıldızına doğru kayıyor. Her renkli nokta, sırayla yüz milyarlarca yıldızdan oluşan bir galaksiyi temsil eder. Yerçekimi, galaksileri yoğun kümeler, iplikler ve boşluklardan oluşan bir “kozmik ağa” çekti. Kredi: D. Schlegel/Berkeley Lab, DESI verilerini kullanarak
Karanlık Enerji Spektroskopik Enstrüman (DESI), üç boyutlu galaksi araştırmaları için önceki tüm kayıtları parçalayarak, evrenin şimdiye kadarki en büyük ve en ayrıntılı haritasını oluşturarak, yürüttüğü anketin ilk yedi ayını kapattı. Yine de, beş yıllık misyonu boyunca yolun sadece %10’u. Tamamlandığında, bu olağanüstü ayrıntılı 3B harita, karanlık enerjinin daha iyi anlaşılmasını sağlayacak ve böylece fizikçilere ve astronomlara evrenin geçmişi ve geleceği hakkında daha iyi bir anlayış sağlayacaktır. Bu arada, anketin şimdiye kadarki etkileyici teknik performansı ve kelimenin tam anlamıyla kozmik başarıları, bilim adamlarının evrendeki en güçlü ışık kaynaklarının sırlarını ortaya çıkarmasına yardımcı oluyor.
DESI, Enerji Bakanlığı’nın Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Lab) tarafından yönetilen ve DOE’nin Bilim Ofisi’nden inşaat ve operasyonlar için birincil finansman sağlayan uluslararası bir bilim işbirliğidir.
DESI bilim adamları, bu hafta, diğer önde gelen kozmoloji deneylerinden güncellemeleri de içerecek olan, Berkeley Lab tarafından barındırılan CosmoPalooza adlı bir web seminerinde, cihazın performansını ve bazı erken astrofizik sonuçlarını sunuyorlar.
Konuşmacılardan biri olan Berkeley Laboratuarı bilim adamı Julien Guy, “Bunda çok fazla güzellik var” dedi. “3B haritadaki galaksilerin dağılımında devasa kümeler, iplikçikler ve boşluklar var. Evrendeki en büyük yapılardır. Ama onların içinde, çok erken evrenin bir izini ve o zamandan beri genişleme tarihini buluyorsunuz.
DESI bu noktaya gelmek için uzun bir yol kat etti. İlk olarak on yıldan fazla bir süre önce önerilmiş olan cihazın yapımına 2015 yılında başlandı. Tucson, Arizona yakınlarındaki Kitt Peak Ulusal Gözlemevi’nde bulunan Nicholas U. Mayall 4 metrelik teleskopa kuruldu. Kitt Peak Ulusal Gözlemevi, Ulusal Bilim Vakfı’nın (NSF) NOIRLab’ın bir programıdır ve Enerji Bakanlığı, DESI araştırması için Mayall Teleskobu’nu işletmek üzere anlaşma yapar. Cihaz ilk ışığını 2019’un sonlarında gördü. Ardından, doğrulama aşamasında, koronavirüs pandemisi vurdu ve bazı çalışmalar uzaktan devam etmesine rağmen teleskopu birkaç ay kapattı. Aralık 2020’de DESI donanım ve yazılımını test ederek gözlerini tekrar gökyüzüne çevirdi ve Mayıs 2021’de bilim araştırmasına başlamaya hazırdı.
Tamamlanmış Sloan Dijital Gökyüzü Anketi’nden 3 boyutlu gökada haritasından bir kesit.
Karanlık Enerji Spektroskopik Enstrümanının (DESI; sağda) ilk birkaç ayındaki galaksilerin 3 boyutlu haritasından bir kesit. Dünya merkezde ve en uzak galaksiler 10 milyar ışıkyılı uzaklıkta. Her nokta bir galaksiyi temsil eder. 3B DESI haritasının bu 2B dilimi, şu anda incelenen 7,5 milyon gökadanın yalnızca yaklaşık 800.000’ini göstermektedir; bu, son haritada yer alacak 35 milyon gökadanın yalnızca bir kısmıdır. Kredi: D. Schlegel/Berkeley Lab, DESI verilerini kullanarak
Ancak DESI üzerindeki çalışmalar, anket başladıktan sonra sona ermedi. CosmoPalooza DESI oturumunun ilk makalesini sunacak olan Ohio State Üniversitesi’nden fizikçi Klaus Honscheid, projede yardımcı Enstrüman Bilimcisi, “Bu enstrümanın performans göstermesini sağlamak için devam eden bir çalışma” dedi. Honscheid ve ekibi, cihazın gece gözlemi sırasında ideal olarak herhangi bir girdi olmaksızın sorunsuz ve otomatik olarak çalışmasını sağlar. “Gece gözlemcilerinden aldığım geri bildirimler, vardiyaların sıkıcı olduğu ve bunu bir iltifat olarak alıyorum” dedi.
Ancak bu monoton üretkenlik, optik fiberleri DESI cihazında konumlandıran ve konumlarının 10 mikrona kadar doğru olmasını sağlayan 5000 son teknoloji robotun her biri üzerinde inanılmaz derecede ayrıntılı kontrol gerektirir. Honscheid, “On mikron küçük,” dedi. “Bir insan saçının kalınlığından daha az. Ve her robotu milyarlarca ışıkyılı uzaklıktaki galaksilerden gelen ışığı toplayacak şekilde konumlandırmanız gerekiyor. Bu sistem hakkında her düşündüğümde, bunu nasıl başarabileceğimizi merak ediyorum. Bir enstrüman olarak DESI’nin başarısı gurur duyulacak bir şey.”
Karanlık enerjinin gerçek renklerini görmek
o seviye kesinlik anketin birincil görevini yerine getirmek için gereklidir: tüm gökyüzünün üçte birinden fazlasındaki milyonlarca galaksinin ayrıntılı renk spektrumu görüntülerini toplamak. DESI, her galaksiden gelen ışığı kendi renk tayfına bölerek ışığın ne kadar kırmızıya kaydığını, yani Dünya’ya ulaşmadan önce seyahat ettiği milyarlarca yıl boyunca evrenin genişlemesiyle tayfın kırmızı ucuna doğru uzandığını belirleyebilir. . DESI’nin gökyüzünün derinliğini görmesini sağlayan bu kırmızıya kaymalardır.
Bir galaksinin tayfı ne kadar kırmızıya kaymışsa, genel olarak o kadar uzaktır. Fizikçiler, kozmosun 3 boyutlu bir haritasıyla, galaksi kümelerinin ve üstkümelerinin haritasını çıkarabilirler. Bu yapılar, bebek kozmosunda sadece dalgalanmalar olduklarında, ilk oluşumlarının yankılarını taşırlar. Fizikçiler, bu yankıları açığa çıkararak, evrenin genişleme tarihini belirlemek için DESI’nin verilerini kullanabilirler.
DESI kullanılarak keşfedilen yeni bir kuasar, Büyük Patlama’dan bir milyar yıldan daha kısa bir süre sonra, yaklaşık 13 milyar yıl önce olduğu haliyle evrene bir bakış sunuyor. Bu, DESI’nin çok yüksek kırmızıya kaymalı bir kuasar seçiminden bugüne kadar DESI ile keşfedilen en uzak kuasardır. Arka plan, DESI Legacy görüntüleme araştırmalarında bu kuasar ve çevresini göstermektedir. Kredi: Jinyi Yang, Steward Gözlemevi/Arizona Üniversitesi
“Bilim hedefimiz, ilkel evrendeki dalgaların izini ölçmektir. plazma“dedi Guy. “Bu dalgaların etkisini milyarlarca yıl sonra ve çok yakında araştırmamızda gerçekten tespit edebilmemiz şaşırtıcı.”
Genişleme tarihini anlamak, tüm evrenin kaderinden daha azının tehlikede olmadığı çok önemlidir. Bugün, evrenin içeriğinin yaklaşık %70’i, evrenin genişlemesini her zamankinden daha hızlı yönlendiren gizemli bir enerji biçimi olan karanlık enerjidir. Evren genişledikçe, evrendeki karanlık enerji fraksiyonunu sürekli yukarı doğru iten bir döngüde, genişlemeyi daha fazla hızlandıran daha fazla karanlık enerji ortaya çıkar. Karanlık enerji nihayetinde evrenin kaderini belirleyecek: sonsuza kadar genişleyecek mi? Tekrar kendi üzerine mi çökecek? Büyük patlama geri viteste? Yoksa kendini parçalayacak mı? Bu soruları yanıtlamak, karanlık enerjinin geçmişte nasıl davrandığı hakkında daha fazla bilgi edinmek anlamına gelir – ve DESI’nin yapmak için tasarlandığı şey tam olarak budur. Ve kozmologlar, genişleme tarihini büyüme tarihiyle karşılaştırarak, Einstein’ın genel görelilik teorisinin bu muazzam uzay ve zaman dilimleri üzerinde geçerli olup olmadığını kontrol edebilirler.
Kara delikler ve parlak galaksiler
Ancak evrenin kaderini anlamak, DESI’nin araştırmasının daha fazlasını tamamlamasını beklemek zorunda kalacak. Bu arada, DESI, galaksilerin henüz genç olduğu 10 milyar yıldan daha uzun bir süre önce, uzak geçmişe dair anlayışımızda atılımlar gerçekleştiriyor.
Arizona Üniversitesi’nde DESI üzerinde çalışan astronomi yüksek lisans öğrencisi Ragadeepika Pucha, “Oldukça şaşırtıcı” 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. Muazzam karadeliklerin, bizimki gibi neredeyse her büyük galaksinin çekirdeğinde yaşadığı düşünülüyor. Samanyolu. Ancak küçük galaksilerin her zaman kendi (daha küçük) kara deliklerini çekirdeklerinde içerip içermediği hala bilinmiyor. Kara delikleri kendi başlarına bulmak neredeyse imkansız olabilir – ancak yeterince malzeme çekerlerse fark edilmeleri daha kolay hale gelir. Gaz, toz ve diğer maddeler içine düştüğünde Kara delik içeri girerken ısınır (bir yıldızın çekirdeğinden daha yüksek sıcaklıklara kadar), aktif bir galaktik çekirdek (AGN) oluşur. Büyük galaksilerde, AGN’ler bilinen evrendeki en parlak nesneler arasındadır. Ancak daha küçük gökadalarda, AGN’ler çok daha sönük olabilir ve yeni doğan yıldızlardan ayırt edilmesi daha zor olabilir. DESI tarafından alınan tayf bu sorunun çözülmesine yardımcı olabilir ve gökyüzündeki geniş erişimi, küçük gökadaların çekirdekleri hakkında her zamankinden daha fazla bilgi sağlayacaktır. Bu çekirdekler, bilim adamlarına çok erken evrende ne kadar parlak AGN’lerin oluştuğuna dair ipuçları verecek.
Özellikle parlak bir gökada çeşidi olan kuasarlar, bilinen en parlak ve en uzak nesneler arasındadır. İngiltere’deki Durham Üniversitesi’nde astronomi yüksek lisans öğrencisi olan Victoria Fawcett, “Onları, zaman içinde evrenin tarihine bakan elektrik direkleri olarak düşünmeyi seviyorum” dedi. Kuasarlar, saf güçleri nedeniyle erken evrenin mükemmel sondalarıdır; DESI’nin 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 olarak başladıkları düşünülmektedir. Yaşlandıkça bu tozu uzaklaştırırlar ve mavileşirler. Ancak kırmızı kuasarlarla ilgili verilerin azlığı nedeniyle bu teoriyi test etmek zor oldu. DESI, son anket verilerinde tahmini 2,4 milyon kuasarla, önceki herhangi bir araştırmadan daha fazla kuasar bularak bunu değiştiriyor.
Fawcett, “DESI gerçekten harika çünkü çok daha sönük ve daha kırmızı nesneleri algılıyor” dedi. Bu, bilim adamlarının daha önce test edilemeyen kuasar evrimi hakkındaki fikirleri test etmelerini sağlıyor. Ve bu sadece kuasarlarla sınırlı değil. Fawcett, “Daha önce ayrıntılı olarak inceleyemediğimiz, nadir nesnelerin büyük örnekleri de dahil olmak üzere, oldukça fazla egzotik sistem buluyoruz.” Dedi.
DESI için gelecek daha çok şey var. Anket şimdiden 7,5 milyondan fazla galaksiyi katalogladı ve ayda bir milyonun üzerinde bir oranda daha fazlasını ekliyor. Yalnızca Kasım 2021’de DESI, 2,5 milyon galaksiden kırmızıya kaymaları katalogladı. 2026’daki çalışmasının sonunda, DESI’nin kataloğunda çok çeşitli kozmoloji ve astrofizik araştırmalarına olanak tanıyan 35 milyondan fazla galaksiye sahip olması bekleniyor.
Pucha, “Bütün bu veriler orada ve sadece analiz edilmeyi bekliyor” dedi. “Ve sonra galaksiler hakkında çok şaşırtıcı şeyler bulacağız. Benim için bu heyecan verici.”
DESI, DOE Bilim Ofisi ve bir DOE Bilim Ofisi kullanıcı tesisi olan Ulusal Enerji Araştırmaları 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 Enerjiler ve Atom Enerjisi Komisyonu (CEA) tarafından sağlanmaktadır. Meksika Ulusal Bilim ve Teknoloji Konseyi, İspanya Ekonomi Bakanlığı ve DESI üyesi kurumlar tarafından.
DESI işbirliği, Tohono O’odham Ulusu için özel önemi olan bir dağ olan Iolkam Du’ag (Kitt Peak) üzerinde bilimsel araştırma yapma iznine sahip olmaktan onur duymaktadır.