Hamarosan megkezdődik 11 milliárd év kozmikus történelmének rekonstrukciója a sötét energia újabb felmérésével

 

Hamarosan elindula csillagászok eddigi legambíciózusabb galaxistérképező projektje. A következő 5 év során egy több ezer apró robotikus karral átalakított arizonai teleszkóppal 35 millió galaxis fénygörbéjét fogják rögzíteni, az eredményekből pedig rekonstruálni az Univerzum tágulásának történetét. A fő cél a sötét energia természetének értelmezése, mely titokzatos erő hatására Világegyetemünk egyre gyorsulva tágul.

A Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) berendezés idén szeptemberben pillanthatja meg az “első fényt”. Az üzembe helyezési időszak után, tervek szerint 2020 januárjától az északi égboltot fogja felmérni a Kitt Peak National obszervatórium Mayall 4 méteres teleszkópjával karöltve. A DESI az Univerzum múltbéli tágulását vizsgáló kísérletek első generációjához tartozik, két évtizeddel azután, hogy először bukkantak a sötét energia jelenlétére erősen utaló bizonyítékokra 1998-ban. A generáció többi tagjai közé tartoznak földi és űrbéli obszervatóriumok is, melyek a 2020-as években kezdik majd meg működésüket.

A Tucson-ban található Kitt Peak National obszervatórium Mayall 4 méteres teleszkópja. Ennek tetejére fogják helyezni a DESI speciális berendezését, mellyel körülbelül 35 millió galaxis vöröseltolódását fogják kimérni. (John Briley for The Washington Post/Getty)

A felmérés során 11 milliárd évnyi kozmikus történelmet fognak rekonstruálni. Az eredmények alapján megválaszolhatjuk a sötét energia első és legalapvetőbb kérdését: állandó-e térben és időben, vagy az évmilliárdok alatt erősödött-e fel? A felmérés a korai Univerzum jellemzőin keresztül fogja követni a kozmikus tágulást, melyeket barionikus akusztikus oszcillációkként (BAO-k) ismerünk. Ezek az oszcillációk az anyagsűrűségben fellelhető fodrozódások, melyek a galaxishalmazok körötti térben gömbszimmetrikus nyomokat hagytak. A galaxisok eloszlása a lenyomat szélein, valamint centrumában a legmagasabb (e régiót nevezik szuperhalmaznak) – ezen területek között pedig óriási üregek húzódnak.

Primordiális mintázat

A szuperhalmazok olyan régiókban alakultak ki, ahol a sötét anyag (az a fényt nem kibocsátó anyag, amely a hasonló nagy struktúrák kialakulását irányítja) saját gravitációs vonzása alatt összegyűlt. A galaxisok halmazba rendeződésének primordiális mintázata az Ősrobbanástól számított körülbelül 1 millió év eltelte óta nem változott. Ahogyan az Univerzum tágult, a BAO-k követték, így mostanra már körülbelül 320 megaparszek szélesek (1 milliárd fényév). Kozmológusok ezt a távolságot vonalzóként használják, a BAO-k méretének időbeli követésével ugyanis rekonstruálható az Univerzum tágulása.

„A térkép mintázata gyakorlatilag változatlan, a skála azonban növekszik” – mondta Daniel Eisenstein, a Harvard Egyetem fizikusa és a DESI szóvivője. A BAO-k követéséhez szükség van a galaxisok 3 dimenziós térképére, melyet vöröseltolódásuk kimérésével tudnak létrehozni. A vöröseltolódás mutatja meg, milyen sebességgel távolodik az adott galaxis a Tejútrendszertől, melyből meg lehet állapítani a távolságát is.

Minél több vöröseltolódást mérnek, annál precízebben követhetőek a BAO-k. Eisenstein és más kutatók is felfedezték már a BAO-k egyértelmű jeleit korábbi galaxisfelmérések eredményeiben is, ilyenek például a 2014-ben végetért Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), vagy a 2002-ig futó Two-degree-Field Galaxy Redshift Survey (2dFGRS). Ez a két felmérés együttesen közel 2,4 millió galaxist térképezett fel. A DESI azonban egy nagyságrenddel több galaxisról készít majd méréseket, pár hónap leforgása alatt lekörözve elődjeit.

Robotikus alakítások

Gyorsaságát a DESI egy merőben eltérő tervezésnek köszönheti. Korábbi felmérések, mint például a BOSS egyedileg gyártott fémlemezekbe illesztett optikai szálakkal dolgoztak, hogy minden egyes galaxis fényét begyűjtve azt egy különálló spektrográfba továbbítva megmérjék a vöröseltolódásokat. A lemezeket azonban cserélni kellett minden egyes új égbolt terület felmérése előtt, mely lassú és körülményes folyamat volt.

A DESI fókuszsíkja a Mayall teleszkóp tetejére fog kerülni, 5000 robotikus karjával együtt. Ezek mindegyike egy optikai szálat irányít és pozícionál az egyes galaxisok és kvazárok elhelyezkedésének megfelelően. (DESI)

A DESI ezzel szemben 5000 apró, méhsejtszerűen elhelyezett robotikus kar segítségével fogja cserélni a lemezeket. Milyest a galaxisok képei (mindegyik hozzávetőlegesen 100 mikrométer széles) megjelennek a teleszkóp fókuszsíkjában, a robotkarok minden egyes optikai szálat az egyes képek közepének 10 mikrométeres sugarába helyeznek majd. A BOSS éjszakánként tipikusan 5 különböző lemezt vizsgált, a DESI fókuszsíkját azonban pár perc alatt újra lehet konfigurálni az égbolt egy másik részének megfelelően. A fő limitáló tényező tehát csupán az, hogy mennyi ideig szükséges exponálni az elegendő mennyiségű fény összegyűjtéséhez. Az évszaktól és az időjárástól függően a DESI 30 vagy akár több expozíciót is elvégezhet, melyek mindegyike többezer vöröseltolódás adatot tartalmaz, egyetlen éjszaka alatt.

A robotkarok műkődését, készítését és beszerelését bemutató 3 perces angol nyelvű videó ide kattintva tekinthető meg. A DESI projektről bővebben ezen a honlapon olvashatnak.

Forrás: csillagászat.hu