Een vijfjarige zoektocht om het universum in kaart te brengen en de mysteries van "donkere energie" te ontrafelen, begint vandaag officieel, 17 mei bij Kitt Peak National Observatory in de buurt van Tucson, Arizona. Om zijn zoektocht te voltooien, het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) zal het licht van tientallen miljoenen sterrenstelsels en andere verre objecten in het universum opvangen en bestuderen.

DESI is een internationale wetenschappelijke samenwerking die wordt beheerd door het Lawrence Berkeley National Laboratory van het Department of Energy, of Berkeley-lab, met primaire financiering van DOE's Office of Science.

Door licht te verzamelen van zo'n 30 miljoen sterrenstelsels, projectwetenschappers zeggen dat DESI hen zal helpen een 3D-kaart van het universum te maken met ongekende details. De gegevens zullen hen helpen de afstotende kracht beter te begrijpen die wordt geassocieerd met "donkere energie" die de versnelling van de uitdijing van het universum over enorme kosmische afstanden aandrijft.

Jim Siegrist, associate director voor High Energy Physics bij DOE, zegt:"We zijn verheugd om de start van DESI te zien, het eerste donkere energieproject van de volgende generatie dat met zijn wetenschappelijk onderzoek begint. Samen met zijn primaire missie van donkere energiestudies, de dataset zal door de bredere wetenschappelijke gemeenschap worden gebruikt voor een groot aantal astrofysische studies."

Wat onderscheidt DESI van eerdere luchtonderzoeken? De projectdirecteur, Michael Levi van Berkeley Lab, zei, "We zullen 10 keer meer melkwegspectra meten dan ooit verkregen. Deze spectra geven ons een derde dimensie." In plaats van tweedimensionale afbeeldingen van sterrenstelsels, quasars en andere verre objecten, hij legde uit, het instrument verzamelt licht, of spectra, uit de kosmos zodat het "een tijdmachine wordt waar we die objecten op een tijdlijn plaatsen die zo ver teruggaat als 11 miljard jaar geleden."

"DESI is de meest ambitieuze van een nieuwe generatie instrumenten die gericht zijn op een beter begrip van de kosmos - in het bijzonder, zijn donkere energiecomponent, " zei mede-woordvoerder van het project Nathalie Palanque-Delabrouille, een kosmoloog bij de Franse Alternative Energies and Atomic Energy Commission, of CEA. Ze zei dat het wetenschappelijke programma - inclusief haar eigen interesse in quasars - onderzoekers in staat zal stellen om met precisie twee primaire vragen te beantwoorden:wat is donkere energie; en de mate waarin de zwaartekracht de wetten van de algemene relativiteitstheorie volgt, die de basis vormen van ons begrip van de kosmos.

"Het is een lange reis geweest vanaf de eerste stappen die we bijna tien jaar geleden hebben gezet om de enquête te ontwerpen, om vervolgens te beslissen welke doelen te observeren, en nu de instrumenten te hebben om die wetenschappelijke doelen te bereiken, " Palanque-Delabrouille, zei. "Het is heel spannend om te zien waar we vandaag staan."

De formele start van het vijfjarige onderzoek van DESI volgt op een proefperiode van vier maanden van zijn aangepaste instrumentatie die 4 miljoen spectra van sterrenstelsels heeft vastgelegd - meer dan de gecombineerde output van alle eerdere spectroscopische onderzoeken.

Het DESI-instrument bevindt zich in de omgebouwde Nicholas U. Mayall 4-meter-telescoop in het Kitt Peak National Observatory, een programma van het NOIRLab van de National Science Foundation. Het instrument bevat nieuwe optieken die het gezichtsveld van de telescoop vergroten en bevat 5, 000 robotgestuurde optische vezels om spectroscopische gegevens te verzamelen van een gelijk aantal objecten in het gezichtsveld van de telescoop.

"We gebruiken niet de grootste telescopen, " zei David Schlegel van Berkeley Lab, wie is DESI-projectwetenschapper. "Het is dat de instrumenten beter en zeer sterk gemultiplext zijn, wat betekent dat we het licht van veel verschillende objecten tegelijk kunnen opvangen."

In feite, de telescoop "wijst letterlijk naar 5, 000 verschillende sterrenstelsels tegelijk, " zei Schlegel. Op een willekeurige avond, hij legt uit, als de telescoop in een doelpositie wordt bewogen, de optische vezels worden uitgelijnd om licht van sterrenstelsels te verzamelen terwijl het door de telescoopspiegel wordt gereflecteerd. Vanaf daar, het licht wordt ingevoerd in een reeks spectrografen en CCD-camera's voor verdere verwerking en studie.

"Het is echt een fabriek die we hebben - een spectrafabriek, " zei de leider van de enquêtevalidatie, Christoffel Yeche, ook een kosmoloog bij CEA. "We kunnen er 5 verzamelen, 000 spectra elke 20 minuten. Op een goede nacht, we verzamelen spectra van zo'n 150, 000 objecten."

"Maar het is niet alleen de instrumenthardware die ons op dit punt heeft gebracht - het is ook de instrumentsoftware, DESI's centrale zenuwstelsel, " zei Klaus Honscheid, een professor in de natuurkunde aan de Ohio State University die het ontwerp van de DESI-instrumentbesturings- en bewakingssystemen leidde. Hij crediteert tientallen mensen in zijn groep en over de hele wereld die duizenden DESI-componenten hebben gebouwd en getest, waarvan de meeste uniek zijn voor het instrument.

Spectra verzameld door DESI zijn de componenten van licht die overeenkomen met de kleuren van de regenboog. Hun kenmerken, inclusief golflengte, onthullen informatie zoals de chemische samenstelling van objecten die worden waargenomen, evenals informatie over hun relatieve afstand en snelheid.

Naarmate het universum uitdijt, sterrenstelsels bewegen van elkaar weg, en hun licht is verschoven naar langer, rodere golflengten. Hoe verder weg de melkweg, hoe groter de "roodverschuiving". Door de roodverschuivingen van sterrenstelsels te meten, DESI-onderzoekers gaan een 3D-kaart van het heelal maken. De gedetailleerde verdeling van sterrenstelsels in de kaart zal naar verwachting nieuwe inzichten opleveren over de invloed en aard van donkere energie.

"Donkere energie is een van de belangrijkste wetenschappelijke drijfveren voor DESI, " zei mede-woordvoerder van het project Kyle Dawson, een professor in de natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Utah. "Het doel is niet zozeer om erachter te komen hoeveel er is - we weten dat ongeveer 70% van de energie in het universum tegenwoordig donkere energie is - maar om de eigenschappen ervan te bestuderen."

Het universum dijt uit met een snelheid die wordt bepaald door zijn totale energie-inhoud, Dawson legt het uit. Terwijl het DESI-instrument in ruimte en tijd kijkt, hij zegt, "we kunnen vandaag letterlijk snapshots maken, gisteren, 1 miljard jaar geleden, 2 miljard jaar geleden - zo ver mogelijk terug in de tijd. We kunnen dan de energie-inhoud in deze snapshots achterhalen en zien hoe deze evolueert."