dụng cụ quang phổ năng lượng tốiDESI) đã giới hạn bảy tháng đầu tiên của cuộc khảo sát bằng cách phá vỡ tất cả các kỷ lục trước đó về các cuộc khảo sát thiên hà 3D, tạo ra bản đồ lớn nhất và chi tiết nhất về vũ trụ từng được tạo ra. Tuy nhiên, nó chỉ mới đi được 10% chặng đường trong sứ mệnh 5 năm của mình. Sau khi hoàn thành, bản đồ 3D chi tiết khổng lồ này sẽ giúp hiểu rõ hơn về năng lượng tối, do đó giúp các nhà vật lý và thiên văn học hiểu rõ hơn về quá khứ và tương lai của vũ trụ. Trong khi đó, hiệu suất kỹ thuật đáng kinh ngạc và thành tựu vũ trụ của cuộc khảo sát cho đến nay đang giúp các nhà khoa học tiết lộ bí mật về nguồn ánh sáng mạnh nhất trong vũ trụ.

DESI là sự hợp tác khoa học quốc tế được quản lý bởi Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley của Bộ Năng lượng (Phòng thí nghiệm Berkeley) với sự tài trợ hạt giống cho việc xây dựng và vận hành từ Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng.

Các nhà khoa học của DESI đang trình bày về hiệu suất của thiết bị và một số kết quả vật lý thiên văn ban đầu, trong tuần này tại hội thảo trên web do Phòng thí nghiệm Berkeley tổ chức có tên CosmoPalooza, cũng sẽ có các cập nhật từ các thí nghiệm vũ trụ tiên phong khác.

Julian Gay, một nhà khoa học của Berkeley Lab, một trong những diễn giả, cho biết: “Có rất nhiều vẻ đẹp trong đó. “Trong sự phân bố của các thiên hà trong bản đồ 3D, có những cụm, sợi và khoảng trống khổng lồ. Chúng là những cấu trúc lớn nhất trong vũ trụ. Nhưng bên trong chúng, bạn tìm thấy dấu ấn của vũ trụ rất sơ khai và lịch sử mở rộng của nó kể từ đó. ”

DESI đã trải qua một chặng đường dài để đạt được điểm này. Ban đầu nó được đề xuất cách đây hơn một thập kỷ và việc chế tạo thiết bị bắt đầu vào năm 2015. Nó được lắp đặt trong Kính viễn vọng Nicholas U Maywell cao 4 mét tại Đài quan sát Kate Summit gần Tucson, Arizona. Đài thiên văn quốc gia Kitt Peak là một chương trình của Tổ chức Khoa học Quốc gia (NSF) NOIRLab, được Bộ Năng lượng ký hợp đồng vận hành Kính viễn vọng Mayall cho cuộc khảo sát DESI. Thiết bị này đã nhìn thấy ánh sáng đầu tiên vào cuối năm 2019. Sau đó, trong giai đoạn xác nhận của nó, đại dịch coronavirus xảy ra và kính thiên văn đóng cửa trong vài tháng, mặc dù một số công việc từ xa vẫn tiếp tục. Vào tháng 12 năm 2020, DESI lại hướng tầm nhìn lên bầu trời, thử nghiệm phần cứng và phần mềm của mình, và đến tháng 5 năm 2021, DESI đã sẵn sàng để bắt đầu cuộc khảo sát khoa học của mình.

Trượt qua bản đồ 3D của các thiên hà từ Khảo sát Bầu trời Kỹ thuật số Sloan đã hoàn thành.

Một lát cắt trên bản đồ 3D của các thiên hà trong vài tháng đầu tiên của Phương pháp Quang phổ Năng lượng Tối (DESI; bên phải). Trái đất nằm ở trung tâm, và các thiên hà xa nhất cách nó hơn 10 tỷ năm ánh sáng. Mỗi điểm đại diện cho một thiên hà. Phần 2D này của bản đồ 3D DESI chỉ hiển thị khoảng 800.000 trong số 7,5 triệu thiên hà hiện được quét, bản thân nó chỉ là một phần nhỏ trong số 35 triệu thiên hà sẽ có trong bản đồ cuối cùng. Nhà cung cấp hình ảnh: D. Schlegel / Berkeley Lab sử dụng dữ liệu từ DESI

Nhưng bản thân công việc trên DESI vẫn chưa hoàn thành sau khi cuộc khảo sát bắt đầu. Nhà vật lý Klaus Hünscheid của Đại học bang Ohio, một nhà khoa học máy tham gia vào dự án, người sẽ trình bày bài báo đầu tiên từ phiên CosmoPalooza DESI cho biết: “Công cụ này đang được tiến hành. Honscheid và nhóm của ông đảm bảo rằng công cụ này chạy trơn tru và tự động, lý tưởng mà không có bất kỳ sự can thiệp nào trong quá trình giám sát vào ban đêm. “Phản hồi mà tôi nhận được từ những người theo dõi ban đêm là ca làm việc rất nhàm chán và tôi coi đó như một lời khen ngợi,” anh nói.

Nhưng thông lượng đơn điệu này đòi hỏi sự kiểm soát cực kỳ chi tiết của từng trong số 5.000 robot tinh vi đặt các sợi quang trên thiết bị DESI, đảm bảo rằng vị trí của chúng chính xác đến trong vòng 10 micron. “Mười micromet là rất nhỏ,” Honshed nói. “Nó nhỏ hơn độ dày của tóc người. Và bạn phải đưa từng robot vào để thu thập ánh sáng từ các thiên hà cách chúng ta hàng tỷ năm ánh sáng. Mỗi khi tôi nghĩ về hệ thống này, tôi tự hỏi làm thế nào chúng ta có thể đạt được nó? Thành công của DESI với tư cách là một công cụ là điều đáng tự hào. “

Nhìn thấy màu sắc thực sự của năng lượng tối

Mức độ này của Sức khỏe Nó được yêu cầu để hoàn thành nhiệm vụ chính của cuộc khảo sát: thu thập hình ảnh quang phổ màu chi tiết của hàng triệu thiên hà trên hơn một phần ba toàn bộ bầu trời. Bằng cách chia nhỏ ánh sáng từ mỗi thiên hà thành quang phổ màu của chúng, DESI có thể định lượng độ lệch đỏ của ánh sáng – kéo dài về phía cuối màu đỏ của quang phổ do sự giãn nở của vũ trụ trong hàng tỷ năm nó đi qua trước khi đến Trái đất. Chính những dịch chuyển đỏ này đã làm cho DESI nhìn thấy chiều sâu của bầu trời.

Nhìn chung, độ lệch đỏ của quang phổ của thiên hà càng lớn thì nó càng cách xa nó. Với bản đồ 3D của vũ trụ trong tay, các nhà vật lý có thể lập bản đồ các cụm và siêu đám thiên hà. Những cấu trúc đó mang âm hưởng của sự hình thành ban đầu của chúng, khi chúng chỉ là những gợn sóng trong vũ trụ sơ sinh. Bằng cách kích hoạt những tiếng vang này, các nhà vật lý có thể sử dụng dữ liệu DESI để xác định lịch sử giãn nở của vũ trụ.

Chuẩn tinh mới được phát hiện với DESI cho ta cái nhìn sơ lược về vũ trụ như cách đây gần 13 tỷ năm, chưa đầy một tỷ năm sau Vụ nổ lớn. Đây là chuẩn tinh DESI xa nhất được phát hiện cho đến nay, từ một loạt các chuẩn tinh DESI dịch chuyển đỏ cực cao. Nền hiển thị chuẩn tinh này và môi trường xung quanh nó trong Khảo sát đo ảnh kế thừa DESI. Nhà cung cấp hình ảnh: Jenny Yang, Steward Observatory / Đại học Arizona

Mục tiêu khoa học của chúng tôi là đo dấu vân tay của sóng trong huyết tươngGuy nói. “Thật ngạc nhiên khi chúng tôi thực sự có thể phát hiện ra ảnh hưởng của những làn sóng này sau hàng tỷ năm, và quá nhanh trong cuộc khảo sát của chúng tôi.”

Hiểu được lịch sử của sự giãn nở là rất quan trọng, vì không gì khác hơn là số phận của toàn bộ vũ trụ đang bị đe dọa. Ngày nay, khoảng 70% nội dung của vũ trụ là năng lượng tối, một dạng năng lượng bí ẩn thúc đẩy sự giãn nở của vũ trụ nhanh hơn. Khi vũ trụ giãn nở, năng lượng tối xuất hiện nhiều hơn, đẩy nhanh quá trình giãn nở hơn nữa, theo một chu kỳ khiến một phần năng lượng tối trong vũ trụ hướng lên trên. Năng lượng tối cuối cùng sẽ quyết định số phận của vũ trụ: nó sẽ giãn nở mãi mãi? Liệu anh ấy có gục ngã vào chính mình một lần nữa, trong vụ nổ lớn ngược? Hay cô ấy sẽ tự xé mình? Trả lời những câu hỏi này có nghĩa là tìm hiểu thêm về cách năng lượng tối hoạt động trong quá khứ – và đó chính xác là những gì DESI được thiết kế. Và bằng cách so sánh lịch sử mở rộng với lịch sử tăng trưởng, các nhà vũ trụ học có thể xác minh liệu thuyết tương đối rộng của Einstein có phù hợp với những khoảng không gian và thời gian khổng lồ này hay không.

Hố đen và thiên hà sáng

Nhưng việc hiểu được số phận của vũ trụ phải đợi cho đến khi DESI hoàn thành thêm cuộc khảo sát của mình. Trong khi đó, DESI đang thúc đẩy những bước đột phá trong hiểu biết của chúng ta về quá khứ xa xôi, hơn 10 tỷ năm trước khi các thiên hà vẫn còn non trẻ.

Ragadeepika Pucha, một nghiên cứu sinh về thiên văn học tại Đại học Arizona, làm việc trên DESI, cho biết: “Nó thực sự tuyệt vời. “DESI sẽ cho chúng ta biết nhiều hơn về vật lý của quá trình hình thành và tiến hóa thiên hà.”

Pucha và các đồng nghiệp của cô sử dụng dữ liệu DESI để tìm hiểu hành vi của các lỗ đen khối lượng trung bình trong các thiên hà nhỏ. Các lỗ đen siêu lớn được cho là sinh sống ở trung tâm của gần như mọi thiên hà lớn, chẳng hạn như của chúng ta dải Ngân Hà. Nhưng có hay không các thiên hà nhỏ luôn có các lỗ đen (nhỏ hơn) của riêng chúng trong hạt nhân của chúng. Các lỗ đen gần như không thể tự tìm thấy – nhưng nếu chúng thu hút đủ vật chất, chúng sẽ trở nên dễ phát hiện hơn. Khi khí, bụi và các vật liệu khác rơi vào Hố đen Khi nó ấm lên (đến nhiệt độ cao hơn lõi của ngôi sao) trên đường đi vào đất liền, một hạt nhân thiên hà đang hoạt động (AGN) hình thành. Trong các thiên hà lớn, các hạt nhân thiên hà đang hoạt động là một trong những vật thể sáng nhất trong vũ trụ đã biết. Nhưng trong các thiên hà nhỏ hơn, AGN có thể mờ hơn nhiều và khó phân biệt với các ngôi sao mới sinh. Quang phổ do DESI thu được có thể giúp giải quyết vấn đề này – và khoảng cách mà chúng lan rộng trên bầu trời sẽ cung cấp thêm thông tin về lõi của các thiên hà trẻ hơn bao giờ hết. Đến lượt mình, những lõi này sẽ cung cấp cho các nhà khoa học manh mối về cách các AGN hình thành trong vũ trụ sơ khai.

Chuẩn tinh – một nhóm thiên hà sáng đa dạng – là một trong những vật thể sáng nhất và xa nhất. Victoria Fawcett, một nghiên cứu sinh ngành thiên văn học tại Đại học Durham, Anh cho biết: “Tôi thích coi chúng như những cột đèn, nhìn lại lịch sử vũ trụ. Chuẩn tinh là những tàu thăm dò tuyệt vời của vũ trụ sơ khai vì sức mạnh tuyệt đối của chúng. Dữ liệu DESI sẽ quay ngược thời gian 11 tỷ năm.

Fawcett và các đồng nghiệp của cô ấy sử dụng dữ liệu DESI để hiểu sự phát triển của các chuẩn tinh. Chuẩn tinh được cho là bắt đầu được bao quanh bởi một lớp bụi bao quanh, làm đỏ ánh sáng mà chúng phát ra, giống như mặt trời xuyên qua sương mù. Khi chúng già đi, chúng sẽ loại bỏ lớp bụi này và trở nên xanh hơn. Nhưng lý thuyết này rất khó kiểm tra, do dữ liệu về chuẩn tinh đỏ quá ít ỏi. DESI thay đổi điều đó, vì nhiều chuẩn tinh đã được tìm thấy hơn bất kỳ cuộc khảo sát nào trước đây, với 2,4 triệu chuẩn tinh được mong đợi trong dữ liệu khảo sát cuối cùng.

“DESI thực sự tuyệt vời vì nó chọn những thứ mờ hơn và đỏ hơn,” Fawcett nói. Cô ấy nói thêm rằng điều này cho phép các nhà khoa học kiểm tra các ý tưởng về sự tiến hóa của các chuẩn tinh mà trước đây không thể thử nghiệm được. Và điều này không chỉ giới hạn ở chuẩn tinh. Fawcett cho biết: “Chúng tôi tìm thấy một số lượng rất lớn các hệ thống kỳ lạ, bao gồm cả các mẫu lớn của những thứ quý hiếm mà chúng tôi chưa thể nghiên cứu chi tiết trước đây.

Có nhiều hơn nữa để đến với DESI. Cuộc khảo sát đã lập danh mục hơn 7,5 triệu thiên hà và đang bổ sung thêm với tốc độ hơn một triệu thiên hà mỗi tháng. Chỉ riêng trong tháng 11 năm 2021, DESI đã lập danh mục dịch chuyển đỏ của 2,5 triệu thiên hà. Khi kết thúc hoạt động vào năm 2026, DESI dự kiến ​​sẽ có hơn 35 triệu thiên hà trong danh mục của mình, cho phép thực hiện một loạt các nghiên cứu vũ trụ học và vật lý thiên văn.

Bucha cho biết: “Tất cả dữ liệu này đều ở đó và nó chỉ đang chờ được phân tích. “Và rồi chúng ta sẽ tìm thấy rất nhiều điều kỳ thú về các thiên hà. Đối với tôi, điều đó thật thú vị.”

DESI được hỗ trợ bởi Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng và Trung tâm Máy tính Khoa học Quốc gia về Nghiên cứu Năng lượng, một cơ sở sử dụng của Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng. Hỗ trợ thêm cho DESI được cung cấp bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, Hội đồng Cơ sở Khoa học và Công nghệ Vương quốc Anh, Quỹ Gordon và Betty Moore, Quỹ Heising-Simons, Ủy ban Năng lượng Thay thế và Nguyên tử Pháp (CEA), Khoa học Quốc gia và Hội đồng Công nghệ Mexico, Bộ Kinh tế Tây Ban Nha, các tổ chức thành viên của DESI.

DESI Collaboration vinh dự cho phép ông thực hiện nghiên cứu khoa học trên Núi Iolkam Du’ag (Đỉnh Kitt), một ngọn núi được quốc gia Tohono O’odham đặc biệt quan tâm.