Een 45-jarige telescoop krijgt een hightech upgrade waarmee hij naar antwoorden op de meest verwarrende vragen in de astronomie kan zoeken, waaronder het bestaan van donkere energie, een hypothetische onzichtbare kracht die mogelijk de expansie van het heelal.
De Nicholas U. Mayall-telescoop in Arizona sloot eerder deze week om zich voor te bereiden op de installatie van een apparaat van 9 ton met 5.000 robots in potloodformaat, gericht op optische sensoren op verre sterrenstelsels.
Elke 20 minuten verplaatsen de draaiende robots zich zodat het instrument - het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) genoemd - een nieuw deel van de lucht kan vastleggen. Tien extreem krachtige instrumenten, spectrografen genaamd, analyseren vervolgens het licht van de verre objecten die door de sensoren zijn gevangen en creëren wat tot nu toe is beschreven als de grootste en meest gedetailleerde 3D-kaart van het universum.
"We zijn in 2010 begonnen met een conceptueel ontwerp voor het instrument", zei Joseph Silber, een DESI-projectingenieur aan het Lawrence Berkeley Laboratory van de University of California, in een verklaring. "Het is gebaseerd op wetenschap die is gedaan met het Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) -instrument. Maar het wordt allemaal robotisch gedaan in plaats van handmatig."
Het BOSS-instrument, bij het Apache Point Observatory in New Mexico, beschikt over 1.000 optische vezels die lichtsignalen van de zwakste en verste sterrenstelsels kunnen detecteren. Voor DESI gebruikten de ingenieurs vijf keer zoveel vezels. BOSS-onderzoekers moeten metalen platen gebruiken met zorgvuldig geboorde gaten om de optische vezels naar hun doelen te leiden. Voor elk deel van de hemel dat ze willen fotograferen, moeten de ingenieurs nieuwe platen maken en deze op de telescoop monteren. In het geval van DESI zullen de robots al het harde werk doen, waardoor de scansnelheid aanzienlijk toeneemt, aldus de onderzoekers.
"Er zijn 5.000 individuele robots en elke stuurt een glasvezel aan", vertelde Silber aan WordsSideKick.com. "De glasvezel wordt vervolgens ongeveer 50 meter langs de telescoop geleid naar een aparte ruimte waar deze zeer grote en gevoelige spectrograafinstrumenten worden geïnstalleerd."
Door te meten hoe de golflengte van licht afkomstig van verre sterrenstelsels (of een ander hemellichaam) verandert, zullen de onderzoekers kunnen achterhalen hoe ver ze verwijderd zijn en hoe snel de sterrenstelsels weggaan. Wanneer een object van ons weg beweegt, verschuift het licht naar het rode deel van het lichtspectrum (een langere golflengte), en daarom wordt het roodverschuiving genoemd.
De schaal en complexiteit van de kaart zullen de wetenschappers helpen begrijpen hoe donkere energie en zwaartekracht tijdens de evolutie van het universum hebben gestreden. Donkere energie is de nog niet bewezen kracht die concurreert met de zwaartekracht en de versnelde uitdijing van het universum veroorzaakt. Er wordt geschat dat de donkere energie tot 68 procent uitmaakt van de totale energie die in het universum aanwezig is.
De gevoeligheid van het instrument stelt de astronomen in staat sterrenstelsels zo ver weg te zien dat hun licht vele miljarden jaren naar de aarde reist. De onderzoekers zeiden dat het instrument, door te kijken hoe lang het licht nodig heeft om het te bereiken, hen in staat zou stellen terug te kijken tot 11 miljard jaar geleden.
"Een van de belangrijkste manieren waarop we leren over het ongeziene universum is door zijn subtiele effecten op de clustering van sterrenstelsels", zegt DESI Collaboration-co-woordvoerder Daniel Eisenstein van de Harvard University. "De nieuwe kaarten van DESI zullen een voortreffelijk nieuw niveau van gevoeligheid bieden in onze studie van kosmologie."
Tijdens de geplande vijf jaar van operaties zal DESI snelheden meten van zo'n 30 miljoen sterrenstelsels en quasars - superzware zwarte gaten omgeven door een schijf van baanmateriaal, volgens Brenna Flaugher, een DESI-projectwetenschapper die de afdeling Astrofysica leidt bij de Fermi National Accelerator Laboratorium.
'In plaats van één voor één kunnen we de snelheden van 5000 sterrenstelsels tegelijk meten', zei ze.
Het instrument, een samenwerking tussen 71 onderzoeksinstellingen, zal ongeveer 10 keer meer gegevens verzamelen dan zijn voorganger, BOSS.
"Bij dit project draait het allemaal om het genereren van enorme hoeveelheden gegevens", zegt DESI-directeur Michael Levi van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het Department of Energy, dat het project leidt. De onderzoekers gaan de gegevens gebruiken in computersimulaties van universums.
Silber en zijn team hebben al 3.000 positioneringsrobots geproduceerd en deze in wigvormige bloembladen geïnstalleerd die in het brandpuntsvlak van het instrument zullen worden ingebed. De zes lenzen van DESI ondergaan momenteel een laatste behandeling aan het University College London en worden dit voorjaar naar de Verenigde Staten verzonden, zodat de installatie van de componenten kan beginnen.
DESI zal naar verwachting in het voorjaar van 2019 haar eerste metingen uitvoeren.
