Ett nytt instrument på 4-meters Mayall-teleskopet har öppnat sin samling av tusentals fiberoptiska "ögon" för kosmos och framgångsrikt fångat ljuset från avlägsna galaxer. Milstolpen markerar början på det slutliga testet för Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), som är redo att börja skapa den mest detaljerade kartan över universum som någonsin gjorts. Mayall-teleskopet är beläget vid Kitt Peak National Observatory (KPNO), som drivs av National Science Foundations National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NSF:s OIR Lab).

Kartläggning för att förstå mörk energi

Med början i början av nästa år, DESI kommer att ge sig ut på ett femårigt uppdrag för att kartlägga kosmos. Dess mål:att kartlägga positioner och avstånd för 35 miljoner galaxer spridda över 1/3 av himlen och över kosmisk tid, så långt tillbaka som för 11 miljarder år sedan. DESI kommer också att studera 10 miljoner stjärnor i vår galax, Vintergatan. Företaget kommer att ta itu med ett av de mest förbryllande och djupgående problemen inom fysiken:mörk energis natur och fysik, en okänd form av energi som för närvarande anses genomsyra universum och påskynda dess expansion.

För att mäta avstånden till galaxer, DESI tar fingeravtrycket av en galax genom att mäta dess spektrum:ljuset från enskilda galaxer sprids i fina färgband för att mäta en galaxs rödförskjutning och dess avstånd från jorden. För att mäta avstånden till miljontals galaxer, DESI är mycket multiplexerat och använder den senaste tekniken. Robotpositionerare riktar automatiskt DESI:s fiberoptiska ögon mot förvalda uppsättningar av galaxer, 5000 åt gången, och genom att mäta deras spektra, mäta hur mycket universum expanderade när deras ljus reste till jorden. Under idealiska förhållanden, DESI kan studera mer än 100, 000 galaxer per natt.

"Efter ett decennium i planering och FoU, installation och montering, vi är glada över att DESI snart kan börja sin strävan att reda ut mysteriet med mörk energi, " sa DESI-direktör Michael Levi vid Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), den ledande institutionen för DESI:s konstruktion och verksamhet." Det mesta av universums materia och energi är mörka och okända, och nästa generations experiment som DESI är vårt bästa val för att reda ut dessa mysterier, ", tillade Levi. "Jag är stolt över att se detta nya experiment komma till liv."

Ett ärevördigt teleskop i spetsen för upptäckten

Installationen av DESI vid det 46 år gamla Mayall-teleskopet, började i februari 2018, markerar Mayalls framgångsrika förvandling från ett "forskningsverktyg för alla ändamål" till en mer specialiserad anläggning i framkanten av teknik och upptäckt.

"Med DESI kombinerar vi ett modernt instrument med ett ärevördigt gammalt teleskop för att göra en toppmodern undersökningsmaskin, sa Lori Allen, Direktör för KPNO vid NSF:s OIR Lab. Labbet, skapades nyligen från enandet av National Optical Astronomy Observatory (NOAO), Gemini Observatory, och LSST-verksamhet, är USA:s framstående centrum för markbaserad optisk-infraröd astronomi.

Dagens undersökningar av många miljoner objekt kräver stora synfält – förmågan att studera stora områden av himlen med en enda pekande – och stora, tung utrustning.

"Trots sin ålder, det välskötta Mayall-teleskopet är den perfekta plattformen för DESI, sa David Sprayberry, KPNO Site Director för DESI. "Eftersom den ursprungligen designades för ett brett fält, Mayalls optiska design var lätt att anpassa till det mycket breda synfält som behövs för DESI. Teleskopet är också tillräckligt robust för att bära DESI:s enorma vikt."

DESI-instrumentet väger cirka 11 ton. Den har också ett synfält på 8 kvadratgrader, eller ungefär 40 gånger fullmånens yta.

Lagarbete och teknik

DESI-projektet och installationen av DESI-instrumentet handlar lika mycket om lagarbete som om teknik. DESI-samarbetet omfattar närmare 500 forskare vid 75 institutioner i 13 länder.

"DESI-instrumentet är komplext och unikt. Det hade aldrig varit möjligt utan ett stort och kapabelt samarbete, med komponenter från hela USA och Europa. Det är väldigt spännande att se detta instrument gå ihop nästan felfritt, tack vare det nära samarbetet mellan de många inblandade avlägsna teamen, sade Parker Fagrelius, KPNO:s observation operations Supervisor för DESI.

Under de senaste 18 månaderna, en mängd DESI-komponenter skickades till Kitt Peak från institutioner runt om i världen och installerades på teleskopet.

Dessa komponenter inkluderar en uppsättning av sex stora linser förpackade i ett stålrör, som har installerats ovanför teleskopets primära spegel, ger instrumentet dess vidsträckta synfält. Linserna, var och en cirka en meter i diameter, testades framgångsrikt i april.

En annan viktig komponent är DESI:s fokalplan, som sitter på toppen av teleskopet och bär de 5000 robotpositioner som svänger i en koreograferad "dans" för att välja ut enskilda galaxer och stjärnor för studier.

Senast anlände är DESI:s spektrografer, varav åtta har installerats, med de två sista anländer före årets slut. Cirka 240 km (150 miles) fiberoptisk kablar förbinder fokalplanet på toppen av teleskopet med DESI:s spektrografer placerade under teleskopet.

En kraftfull upptäcktsmotor

Även om den designades för att studera mörk energi, DESI kommer också att göra oväntade upptäckter, eftersom de spektrala "fingeravtrycken" av stjärnor och galaxer som DESI kommer att samla in kodar för mycket mer information än vad som behövs för att genomföra DESI-projektet.

"DESI är perfekt designad för att utforska det okända. Bland de miljontals galaxer och stjärnor kommer DESI att studera, det finns sällsynta, kanske enastående, astronomiska källor, några helt oväntade, som väntar på upptäckt, " sa Arjun Dey (KPNO), Chef för observationsverksamheten för DESI. Genom att utforska kosmos på denna skala, DESI kan också avslöja nya fenomen och kanske till och med ny fysik, liknande hur mörk energi själv upptäcktes.

"Att upptäcka det oväntade - det är den mest spännande delen av det hela för mig, " sa Dey.