Forskare har analyserat den första mängden data från Dark Energy Spectroscopic Instruments strävan att kartlägga universum och reda ut mysterierna med mörk energi.
Med 5 000 små robotar i ett bergstoppsteleskop tillåter Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) forskare att se 11 miljarder år in i det förflutna. Ljuset från avlägsna objekt i rymden når just nu DESI, vilket gör det möjligt för forskare att kartlägga kosmos som det var i sin ungdom och samtidigt spåra dess tillväxt. Att förstå hur universum har utvecklats är knutet till ett av fysikens största mysterier:mörk energi, som forskare antar att driver universums expansion.
DESI är ett internationellt vetenskapligt samarbete som involverar mer än 800 forskare från hela världen. Bland dem finns forskare från University of Rochesters kosmologigrupp, en tvärvetenskaplig grupp som inkluderar professorer, postdoktorala forskare, doktorander och studenter från fysik, astronomi, datavetenskap och datavetenskap. Gruppen leds av Regina Demina, professor i fysik; Segev BenZvi, docent i fysik; och Kelly Douglass, biträdande professor i fysik och astronomi (instruktion).
DESI är för närvarande mitt uppe i en femårig strävan att mäta 40 miljoner galaxer och kvasarer och skapa den största 3D-kartan över kosmos som någonsin konstruerats, med de mest exakta mätningarna hittills. Instrumentet påbörjade sin undersökning 2021, och forskare tillkännagav nyligen sin analys av det första året av insamlad data, inklusive mätningar av universums expansionshastighet och sammansättning. De publicerade sin analys i flera tidningar på arXiv förtrycksserver.
"DESI-data är en enorm ökning i storlek jämfört med allt som vi har samlat in tidigare", säger Douglass. "DESI:s första prov av galaxer och kvasarer är redan sex gånger större än de kombinerade mätningarna från alla tidigare spektroskopiska undersökningar som genomförts under de senaste 40 åren."
Och data från ett år är bara början, tillägger Demina, "Den fullständiga datamängden kommer att göra det möjligt för oss att ta en närmare titt på själva gryningen av vårt universum - en period då universum gick igenom en snabb exponentiell expansion."
DESI-instrumentet finns vid det eftermonterade Mayall-teleskopet vid National Science Foundations Kitt Peak National Observatory nära Tucson, Arizona. Instrumentet innehåller optik som ökar teleskopets synfält och inkluderar 5 000 robotstyrda optiska fibrer för att samla in spektroskopisk data från objekt i teleskopets synfält och övervaka de tredimensionella positionerna för galaxer och kvasarer i universum.
Rochester-gruppen har varit en del av DESI sedan 2017. Gruppmedlemmar spelade nyckelroller i driftsättning och drift av instrumentet, inklusive utveckling och felsökning av programvara för att säkerställa att de 5 000 fibrerna är optimalt riktade mot sina mål.
Rochester-gruppens medlemmar bidrog också avsevärt till att validera års-1-data, inklusive att studera systematiska osäkerheter – potentiella fel eller variationer – som kan påverka mätningarna, för att bättre säkerställa noggrannheten och tillförlitligheten av resultaten.
DESI är byggd för att mäta baryon akustiska oscillationer (BAO) – enorma bubbelliknande strukturer som galaxer följer, bildade av förhållanden strax efter Big Bang. Under sitt första år använde DESI 5,7 miljoner galaxer och kvasarer från sitt spektroskopiska prov för att mäta storleken på BAO och uppskatta hur snabbt universum expanderar, en kvantitet som kallas Hubbles konstant.
BAO används också för att begränsa tätheten av mörk materia och mörk energi. Forskare trodde länge att universum expanderade i konstant hastighet, men 1999 visade sig expansionshastigheten accelerera. Det antas att mörk energi driver accelerationen.
Vissa teorier tyder på att ett eller flera skalära fält (osynliga krafter som expanderar universum), liknande det skalära fältet som antas driva den inflationära tillväxten av universum strax efter Big Bang, bidrar till mörk energi.
"Än så länge är bara ett skalärt fält känt för mänskligheten - Higgsfältet", säger Demina, som var en del av teamet som upptäckte Higgsfältet 2012 med hjälp av Large Hadron Collider vid CERN i Schweiz. "Nu är det dags att kontrollera om det finns fler sådana fält."
En annan fråga DESI försöker svara på är om mörk energi har ett konstant värde överallt i universum – känd som en kosmologisk konstant – eller om dess egenskaper skiljer sig åt i tid och rum. Även om DESI:s BAO-mätningar från ett år är kompatibla med en kosmologisk konstant, gynnar de något en modell som tyder på att mörk energi är ett utvecklande eller "dynamiskt" fält.
Enligt BenZvi, "Bevisen för att utveckla mörk energi kan vara mycket intressanta, men det kan också vara en slumpmässig fluktuation. Vi kan inte vara säkra förrän vi tittar på nästa parti data. Den nuvarande uppskattningen är sent 2025 för nästa version."
Mer information: DESI-papper:data.desi.lbl.gov/doc/papers/
Journalinformation: arXiv
Tillhandahålls av University of Rochester
