Op 1 april de koepel van de Mayall Telescope bij Tucson, Arizona, geopend voor de nachtelijke hemel, en sterrenlicht stroomde door de assemblage van zes grote lenzen die zorgvuldig waren verpakt en uitgelijnd voor een nieuw instrument dat later dit jaar wordt gelanceerd.

Slechts enkele uren later, wetenschappers produceerden de eerste gefocuste beelden met deze precisielenzen - de grootste heeft een diameter van 1,1 meter - tijdens deze vroege testspin, het markeren van een belangrijke "first light"-mijlpaal voor het Dark Energy Spectroscopic Instrument, of DESI. Deze eerste reeks foto's was afkomstig van de Whirlpool Galaxy om de kwaliteit van de nieuwe lenzen te demonstreren.

"Het was een ongelooflijk moment om die eerste beelden op de controlekamermonitoren te zien, " zei Connie Rockosi, die deze vroege ingebruikname van de DESI-lenzen leidt. "Hier hebben heel veel mensen heel hard aan gewerkt, en het is echt spannend om te laten zien hoeveel er al bij elkaar is gekomen."

Deze fase van het project zal ongeveer zes weken duren en zal de inspanningen vergen van verschillende wetenschappers ter plaatse en waarnemers op afstand, merkte Rockosi op, een professor in astronomie en astrofysica aan de UC Santa Cruz.

Wanneer dit later dit jaar wordt voltooid, DESI zal het licht van de lucht op een heel andere manier zien en meten dan dit samenstel van lenzen. Het is ontworpen om duizenden lichtpunten op te nemen in plaats van een enkele, grote foto.

De voltooide DESI zal het licht meten van tientallen miljoenen sterrenstelsels die 12 miljard lichtjaar terug in het heelal reiken. Het zal naar verwachting de meest nauwkeurige meting van de uitdijing van het heelal opleveren en nieuw inzicht verschaffen in donkere energie, die wetenschappers verklaren, zorgt ervoor dat deze expansie versnelt.

DESI's reeks van 5, 000 onafhankelijk zwenkbare robotverstellers (zie een gerelateerde video:5, 000 robots fuseren om het universum in 3D in kaart te brengen), elk met een dunne glasvezelkabel, zal automatisch naar vooraf ingestelde posities bewegen met een nauwkeurigheid tot op enkele microns (miljoensten van een meter). Elke klepstandsteller is geprogrammeerd om zijn glasvezelkabel op een object te richten om zijn licht te verzamelen.

Dat licht zal door de kabels worden geleid naar een reeks van 10 apparaten die spectrografen worden genoemd en die het licht in duizenden kleuren scheiden. De lichtmetingen, bekend als spectra, gedetailleerde informatie geven over de afstand van objecten en de snelheid waarmee ze van ons weg bewegen, het verstrekken van nieuwe inzichten over donkere energie.

DESI's lenzen zijn ondergebracht in een tonvormig apparaat dat bekend staat als een corrector en dat boven de hoofdspiegel van de telescoop is bevestigd. en de corrector wordt verplaatst en gefocust door een omringend apparaat dat bekend staat als een hexapod.

Onderzoekers van Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) leidden het ontwerp, bouw, en eerste testen van het correctorvat, hexapod en ondersteunende structuren die de lenzen op één lijn houden.

"Ons hele team is verheugd om te zien dat dit instrument het eerste licht bereikt, " zei Gaston Gutiérrez, de Fermilab-wetenschapper die dit deel van het project leidde. "Het was een geweldige uitdaging om zulke grote apparaten te bouwen tot op een haartje. We zijn blij om te zien dat deze systemen samenkomen."

Het gigantische correctorvat en de hexapod, die samen ongeveer 5 ton wegen, moet uitgelijnd blijven met de grote reflectorspiegel van de telescoop die zich 12 meter lager bevindt, dit alles terwijl het de beweging van de assemblage van massieve componenten van de telescoop compenseert terwijl deze door de lucht zwaait.

"Dit is een grote stap voorwaarts. Het is een sprong in de toekomst voor de Mayall-telescoop die opwindende nieuwe wetenschappelijke ontdekkingen mogelijk zal maken, " zei Michael Levi, DESI's directeur en een fysicus bij het Lawrence Berkeley National Laboratory van het Department of Energy (Berkeley Lab), dat de leidende instelling is in de internationale DESI-samenwerking. "Het team heeft de afgelopen vijf jaar aan de nieuwe corrector gewerkt, dus het was een hele ervaring om 10 miljoen dollar aan optica te zien die tijdens de installatie door de kraan werd opgetild."

De nieuwe set lenzen (zie een gerelateerde video:The Life of a Lens) vergroot het kijkvenster van de telescoop met ongeveer 16 keer, waardoor DESI tijdens zijn vijfjarige missie meerdere keren ongeveer een derde van de zichtbare lucht in kaart kon brengen.

Peter Doel, een professor aan het University College London, leidde het team dat het nieuwe optische systeem ontwierp. "We hadden een half dozijn verkopers die betrokken waren bij het maken en polijsten van het glas. Eén fout zou alles hebben verpest. Het is opwindend om te weten dat ze de reis hebben overleefd en zo goed werken."

"Dit was een beetje het moment van de waarheid, " zei David Schlegel, een DESI-projectwetenschapper. "We hebben op onze nagels gebeten."

David Spuitbes, de locatiedirecteur van het National Optical Astronomy Observatory (NOAO) in Kitt Peak, zei, "We hebben een geweldige multitalent om ervoor te zorgen dat alles naar behoren werkt, "inclusief ingenieurs, astronomen, en telescoopoperators die in ploegendienst werken. NOAO exploiteert de Mayall Telescope en de Kitt Peak National Observatory-site.

Hij merkte de uitdaging op bij het bijwerken van de stevige, decennia oude telescoop, die in 1973 begon, met zeer nauwkeurige apparatuur. "Uiteindelijk moeten we ervoor zorgen dat DESI kan richten tot op 5 micron nauwkeurig - niet veel groter dan een mensenhaar, "zei hij. Dat is nogal wat voor zoiets zwaars en groots." Het totale bewegende gewicht van de Mayall Telescope is 375 ton.

Rockosi zei dat er een intensieve pre-planning was voor de vroege testen van de corrector, en veel van de taken tijdens deze testfase zijn gericht op het verzamelen van gegevens van avondobservaties. Terwijl DESI-wetenschappers geautomatiseerde controles hebben gecreëerd om te helpen bij het positioneren, focus, en lijn alle apparatuur uit, deze testrun stelt het team in staat om deze geautomatiseerde tools te verfijnen.

"We zullen naar heldere sterren kijken en testen hoe goed we de telescoop op dezelfde plaats kunnen richten, en meet de beeldkwaliteit, " zei Rockosi. "We zullen testen of we die lenzen herhaaldelijk en betrouwbaar in de best mogelijke uitlijning kunnen houden."

Het nauwkeurig testen van de corrector wordt mogelijk gemaakt door een instrument - nu bovenop de telescoop gemonteerd - dat is ontworpen en gebouwd door onderzoekers van de Ohio State University. Dit 1-tons apparaat, met vijf digitale camera's en meetinstrumenten geleverd door Yale University, en elektronica geleverd door de Universiteit van Michigan, staat bekend als het inbedrijfstellingsinstrument.

Dit tijdelijke instrument is met hetzelfde gewicht gebouwd en geïnstalleerd op dezelfde plek waar het brandvlak van DESI zal worden geïnstalleerd zodra het volledig is gemonteerd. Het brandpuntsvlak zal DESI's robotpositioners dragen. Het inbedrijfstellingsinstrument simuleert hoe de telescoop zal presteren wanneer de volledige aanvulling van DESI-componenten wordt gedragen, en controleert de kwaliteit van DESI's lenzen.

"Een van de grootste uitdagingen bij het inbedrijfstellingsinstrument was het uitlijnen van alle vijf de camera's met het gebogen brandpuntsoppervlak van de corrector, " zei Paul Martini, een astronomieprofessor aan de Ohio State University die de R&D en installatie van het inbedrijfstellingsinstrument leidde en nu toezicht houdt op het gebruik ervan. "Een ander was hun posities aan het meten tot op een paar miljoensten van een meter, die veel nauwkeuriger is dan de meeste astronomische instrumenten." Deze positionering zorgt voor getrouwere metingen van de prestaties van de lenzen.

Hij zei dat hij uitkijkt naar de installatie van DESI's focal plane later dit jaar. Dat zal de weg vrijmaken voor DESI's officiële "eerste licht" van zijn robotpositioners en het begin van zijn melkwegmetingen.

"Wat me in de eerste plaats enthousiast maakte over dit veld, was naar telescopen gaan en gegevens verzamelen, dus het zal leuk zijn om deze volgende stap te hebben, " hij zei.