Er waren drie hemelonderzoeken nodig - uitgevoerd met telescopen op twee continenten, die een derde van de zichtbare lucht beslaat, en bijna 1 nodig 000 observatienachten - om zich voor te bereiden op een nieuw project dat de grootste 3D-kaart van de sterrenstelsels van het heelal zal creëren en nieuwe inzichten zal vergaren over de steeds snellere uitdijing van het heelal.

Dit Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI)-project zal deze uitbreiding onderzoeken, gedreven door een mysterieuze eigenschap die bekend staat als donkere energie, tot in detail. Het zou ook onverwachte ontdekkingen kunnen doen tijdens zijn vijfjarige missie.

de enquêtes, die in maart eindigde, hebben beelden verzameld van meer dan 1 miljard sterrenstelsels en zijn essentieel bij het selecteren van hemellichamen om te richten met DESI, nu in aanbouw in Arizona.

De laatste batch beeldgegevens van deze onderzoeken, bekend als DR8, werd publiekelijk vrijgegeven op 8 juli, en een online Sky Viewer-tool biedt een virtuele rondleiding door deze gegevens. Een definitieve publicatie van gegevens van de DESI-beeldvormingsonderzoeken is gepland voor later dit jaar.

Wetenschappers zullen ongeveer 33 miljoen sterrenstelsels en 2,4 miljoen quasars selecteren uit de grotere verzameling objecten die in de drie onderzoeken zijn afgebeeld. Quasars zijn de helderste objecten in het universum en er wordt aangenomen dat ze superzware zwarte gaten bevatten. DESI zal deze geselecteerde objecten na de start voor verschillende metingen richten, die in februari 2020 wordt verwacht.

DESI zal elk doel meten over een reeks verschillende golflengten van licht, bekend als spectrum, van de geselecteerde set sterrenstelsels herhaaldelijk in de loop van zijn missie. Deze metingen zullen details geven over hun afstand en versnelling vanaf de aarde.

Een verzameling van 5, 000 zwenkbare robots, elk met een glasvezelkabel, zal naar sets van vooraf geselecteerde hemelobjecten wijzen om hun licht te verzamelen (zie een gerelateerde video), zodat het kan worden opgesplitst in verschillende kleuren en kan worden geanalyseerd met behulp van een reeks apparaten die spectrografen worden genoemd.

Drie onderzoeken, 980 nachten

"Typisch, als je tijd aanvraagt ​​op een telescoop krijg je tot vijf nachten, " zei David Schlegel, een DESI-projectwetenschapper bij het Lawrence Berkeley National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie (Berkeley Lab), dat is de leidende instelling in de DESI-samenwerking. "Deze drie beeldvormende onderzoeken waren in totaal 980 nachten, dat is een behoorlijk groot aantal."

De drie beeldvormende onderzoeken voor DESI omvatten:

• De Mayall z-band Legacy Survey (MzLS), uitgevoerd met de Mayall Telescope van de National Science Foundation's Kitt Peak National Observatory in de buurt van Tucson, Arizona, meer dan 401 nachten. DESI wordt nu geïnstalleerd bij de Mayall Telescope.
• The Dark Energy Camera Legacy Survey (DECaLS) bij de Victor Blanco Telescope van NSF's Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chili, die 204 nachten duurde.
• De Beijing-Arizona Sky Survey (BASS), die de Bok-telescoop van de Steward Observatory bij Kitt Peak National Observatory gebruikte en 375 nachten duurde.

Onderzoeksploegen ter plaatse - meestal twee DESI-projectonderzoekers per observatienacht voor elk van de onderzoeken - dienden in een soort "badmeester" -rol, aldus Schlegel. "Als er iets mis ging, waren ze er om het te repareren - om de lucht in de gaten te houden, " en onderzoekers die op afstand werkten, hielpen ook bij het oplossen van problemen.

Begin maart, Eva Maria Müller, een postdoctoraal onderzoeker aan de U.K. University of Portsmouth, en Robert Blum, voormalig adjunct-directeur van het National Optical Astronomy Observatory (NOAO) dat de onderzoekslocaties beheert, hadden dienst met een klein team in de controlekamer van de Victor Blanco Telescope van de NSF op een anderhalve kilometer hoge Chileense berg voor de laatste nacht van DECaLS-onderzoeksbeeldvorming.

Zittend verschillende verdiepingen onder de telescoop, Mueller en Blum bekeken beelden in realtime om de positie en focus van de telescoop te verifiëren. Müller, die deelnam aan een vijf-nachtploeg die haar eerste waarneming was voor de DESI-enquêtes, zei, "Dit was altijd een soort kinderdroom."

Blum, die vele avonden bij de Blanco-telescoop had gelogd voor DECaLS, zei, "Het is heel spannend om na te denken over het afronden van deze fase." Hij merkte op dat deze laatste nacht was gericht op "het opruimen van kleine gaatjes" in de vorige beeldvorming. Blum vervult nu een nieuwe rol als waarnemend operationeel directeur voor de Large Synoptic Survey Telescope die in Chili wordt geïnstalleerd.

Nieuwe software ontworpen voor de DESI-enquêtes, en nauwkeurige positioneringsapparatuur op de telescopen, heeft geholpen om het proces voor het maken van foto's te automatiseren, de belichtingstijd en filters instellen en compenseren voor atmosferische vervormingen en andere factoren die de beeldkwaliteit kunnen beïnvloeden, merkte Blum op. Tijdens een productieve avond, het was gebruikelijk om ongeveer 150 tot 200 afbeeldingen te produceren voor de DECaLS-enquête.

Cool kosmisch cartografie-experiment

De gegevens van de enquêtes werden doorgestuurd naar supercomputers in Berkeley Lab's National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), die de belangrijkste opslagplaats voor DESI-gegevens zal zijn.

Meer dan 100 onderzoekers namen deel aan nachtdiensten om de enquêtes uit te voeren, zei Arjun Dey, de NOAO-projectwetenschapper voor DESI. Dey was een hoofdwetenschapper voor de MzLS-enquête en een co-hoofdwetenschapper voor de DECaLS-enquête met Schlegel.

"We bouwen een gedetailleerde kaart van het universum en meten de expansiegeschiedenis van de afgelopen 10 tot 12 miljard jaar, Dey zei. "Het DESI-experiment vertegenwoordigt het meest gedetailleerde - en zeker het coolste - kosmische cartografie-experiment dat tot nu toe is ondernomen. Hoewel de beeldvorming werd uitgevoerd voor het DESI-project, de gegevens zijn openbaar beschikbaar, zodat iedereen van de lucht kan genieten en de kosmos kan verkennen."

BASS-enquête ondersteund door een wereldwijd team

Xiaohui-fan, een astronomieprofessor aan de Universiteit van Arizona die mede-leider was van het BASS-onderzoek dat werd uitgevoerd met de Bok Telescope van Kitt Peak, gecoördineerde kijktijd door een internationale groep die co-leads professor Zhou Xu en universitair hoofddocent Zou Hu omvatte, andere wetenschappers van de National Astronomical Observatories of China (NAOC), en onderzoekers van de Universiteit van Arizona en uit de hele DESI-samenwerking.

BASS produceerde ongeveer 100, 000 afbeeldingen tijdens de vierjarige looptijd. Het scande een deel van de lucht dat ongeveer 13 keer groter was dan de Grote Beer, onderdeel van het sterrenbeeld Grote Beer.

"Dit is een mooi voorbeeld van hoe een samenwerking tot stand komt, " Fan zei. "Door deze internationale samenwerking haalden we mensen van over de hele wereld binnen. Dit is een mooie preview van hoe observeren met DESI eruit zal zien."

Fan merkte de snelle reactie van het DESI-team op bij het updaten van de hardware en software van de telescoop tijdens het onderzoek.

"Het is veel verbeterd op het gebied van geautomatiseerde controles en focussering en datareductie, " zei hij. Het grootste deel van de beeldvorming van het BASS-onderzoek werd in februari afgerond, met enkele laatste foto's gemaakt in maart.

Volgende stappen naar voltooiing van DESI

Alle verzamelde afbeeldingen worden verwerkt door een wiskundige code, genaamd trekker, dat helpt om alle onderzochte sterrenstelsels te identificeren en hun helderheid te meten.

Met de eerste testen van het massieve correctorvat, waarin DESI's pakket van zes grote spiegels is ondergebracht, in vroeg april, de volgende belangrijke mijlpaal voor het project is de oplevering, installatie, en het testen van zijn brandvlak, die de telescoop afdekt en de robotpositioners herbergt.

dey, die bijna 20 jaar geleden deelnamen aan formatieve discussies over de noodzaak van een experiment als DESI, zei, "Het is best verbazingwekkend dat ons kleine en toegewijde team in zo'n korte tijd zo'n groot onderzoek heeft kunnen uitvoeren. We zijn verheugd om naar de volgende fase van dit project te gaan!"