Tre år in i sin strävan att avslöja naturen av mörk energi, Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX) är på väg att slutföra den största kartan över kosmos någonsin. Teamet kommer att skapa en tredimensionell karta över 2,5 miljoner galaxer som kommer att hjälpa astronomer att förstå hur och varför universums expansion accelererar över tiden.

"HETDEX representerar mötet mellan många astronomer och institutioner för att genomföra den första stora studien av hur mörk energi förändras över tiden, sade Taft Armandroff, chef för University of Texas vid Austin's McDonald Observatory.

Undersökningen började i januari 2017 på 10-meters Hobby-Eberly Telescope (HET) vid McDonald Observatory. I dag, undersökningen är 38 % klar. Dataminskning och analys fortsätter.

"HETDEX har anlänt, " sa astronomen Karl Gebhardt. "Vi är över en tredjedel av vårt program nu, och vi har den här fantastiska datamängden som vi kommer att använda för att mäta utvecklingen av mörk energi."

Undersökningen fungerar genom att rikta teleskopet mot två delar av himlen nära Stora björnen och Orion. För varje pekande, teleskopet registrerar omkring 32, 000 spektra, fångar det kosmiska fingeravtrycket av ljuset från varje föremål inom teleskopets synfält.

"Det är faktiskt lite häftigt, hur mycket information fångas i detta, " sa teammedlemmen Gary Hill.

Dessa spektra spelas in via 32, 000 optiska fibrer som matas in i mer än 100 instrument som arbetar tillsammans som ett. Denna sammansättning kallas VIRUS, den synliga spektrografen för replikerbar enhet med integralfält. Det är en enorm maskin som består av dussintals kopior av ett instrument som arbetar tillsammans för effektivitet. VIRUS designades och byggdes speciellt för HETDEX.

Detta gör VIRUS till ett av de mest avancerade astronomiska instrumenten i världen. Att bygga det "var en ganska stor uppgift att orkestrera, " sa Hill, noterar att projektet har tagit ett decennium att nå förverkligande. "Det är störst på många mått, " han sa, noterar att den har flest optiska fibrer, samt att ha lika stor detektorarea som de största astronomiska kamerorna. Det är också ett extremt stort instrument, tar upp mycket av rummet inuti teleskopets kupol.

HETDEX är en blind undersökning, vilket innebär att snarare än att peka på specifika mål, den registrerar allt över en specifik del av himlen. Sedan går forskare igenom data för att sålla ut föremål de vill studera.

Teammedlemmen Phillip MacQueen har arbetat med de tekniska utmaningarna med att leverera VIRUS till HETDEX-specifikationerna. Han påminner oss om att kartframställning inom astronomi började med de första människorna som tittade på himlen.

"VIRUS är en astronomisk kartografs glädje, MacQueen sa. "Det gör mycket mer än att kartlägga var objekt är i två dimensioner på himlen. HETDEX använder VIRUS för att kartlägga var objekt ligger i en verkligt enorm volym av universum, både inom vår galax och långt bortom den."

För att göra kartan som behövs för det mörka energiprojektet, de kammar igenom en miljard spektra och letar efter exempel på en specifik typ av galax. Dessa galaxer sträcker sig i avstånd från 10 miljarder till 11,7 miljarder ljusår bort, så de representerar en epok när universum bara var några miljarder år gammalt. Deras spektra innehåller information om hur snabbt galaxerna rör sig bort från oss som ett resultat av universums expansion. Det kommer att göra det möjligt för astronomer att avgöra hur hastigheten med vilken universum expanderar har förändrats under eonerna, vilket är nyckeln till att bestämma karaktären av mörk energi.

HETDEX-teamet förväntar sig att slutföra sina observationer i december 2023. Totalt, den genomförda undersökningen kommer att omfatta 1 miljard spektra, "den överlägset största spektralundersökningen någonsin, " sa Gebhardt. Dessa data bearbetas och lagras på UT Austins Texas Advanced Computing Center (TACC), ett av de bästa superdatorcenterna i världen.

Erin Mentuch Cooper är projektets dataansvarig. "Vi är väldigt lyckligt lottade som har tillgång" till TACC, Hon sa, förklarar att under sommaren, en TACC-superdator bearbetade alla HETDEX-data som nu finns till hands på två veckor. Det skulle ha tagit en enda dator 10 år, Hon sa.

Under tiden, många astronomer använder de data som redan samlats in för att attackera ett antal andra astronomiska mysterier. Flera är på väg att publicera sin forskning.

Bland dem finns UT-professorn Keith Hawkins. Han har använt sig av undersökningens spektra på cirka 100, 000 stjärnor i vår egen Vintergatan-galax. Även om dessa stjärnor inte var huvudbrottet för HETDEX, de fångades av blindundersökningen. "Som min farfar brukade säga, "En mans skräp är en annan mans skatt, '" han sa.

Hawkins använder dessa spektra för att studera stjärnornas innehåll, storlekar, temperaturer och rörelser för att spåra hur de olika delarna av vår galax kom samman. Hans forskningsartikel om detta arbete kommer att publiceras snart. Andra astronomer förbereder sig för att publicera forskning om vita dvärgar och närliggande galaxer som de använde HETDEX-data för.