Niewielki fragment mapy DESI z piątego roku, na którym widoczna jest wielkoskalowa struktura Wszechświata, utworzona przez grawitację

DESI kończy największą trójwymiarową mapę Wszechświata

Przez /

DESI kończy największą trójwymiarową mapę Wszechświata i… jedzie dalej

W ciągu pięciu lat pracy instrument DESI zmapował ponad 47 milionów galaktyk i kwazarów, tworząc największą jak dotąd trójwymiarową mapę kosmosu i otwierając nowy rozdział w badaniach ciemnej energii. Choć pierwotny program obserwacyjny właśnie się zakończył, teleskop wcale nie gaśnie – DESI będzie obserwował dalej co najmniej do 2028 roku, poszerzając mapę i testując, czy ciemna energia naprawdę zachowuje się tak, jak przewidywały podręczniki.

Niewielki fragment mapy DESI z piątego roku, na którym widoczna jest wielkoskalowa struktura Wszechświata, utworzona przez grawitację; każda kropka reprezentuje galaktykę; gęstsze obszary wskazują obszary, w których galaktyki i gromady galaktyk zlepiły się, tworząc pasma kosmicznej sieci; widoczne są również duże puste przestrzenie między włóknami.
Źródło obrazu: Współpraca DESI/Instytucje członkowskie DESI/DOE/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor/M. Zamani, NOIRLab NSF

Co dokładnie osiągnął DESI?

Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) to zestaw 5000 światłowodowych oczu zamontowanych na 4‑metrowym teleskopie Mayalla w Kitt Peak National Observatory w Arizonie. W czasie jednej nocy każde z tych włókien może zostać szybko ustawione na inną galaktykę, dzięki czemu instrument zbiera widma tysięcy obiektów jednocześnie.

DESI rozpoczął regularne obserwacje w maju 2021 roku, a jego głównym zadaniem było zmierzenie odległości i prędkości ponad 30 milionów galaktyk i kwazarów, aby zbadać naturę ciemnej energii – składnika odpowiadającego za około 70% zawartości energii we Wszechświecie i za przyspieszanie kosmicznej ekspansji. Ostatecznie instrument znacząco przekroczył plan: zamiast 34 milionów zarejestrował widma ponad 47 milionów galaktyk i kwazarów oraz około 20 milionów pobliskich gwiazd w naszej Drodze Mlecznej.

Jak powstaje trójwymiarowa mapa Wszechświata?

Każda zarejestrowana przez DESI galaktyka widoczna jest na niebie jako punkt, czyli dwuwymiarowa pozycja (długość i szerokość ekliptyczna lub równikowa). Dopiero analiza widma – rozszczepionego na kolory światła – pozwala zmierzyć tzw. przesunięcie ku czerwieni, z którego astronomowie wnioskują, jak szybko galaktyka oddala się od nas i jak daleko się znajduje.

Łącząc położenia na niebie z odległościami, zespół DESI tworzy przestrzenną, trójwymiarową mapę rozmieszczenia galaktyk w ogromnych wolumenach kosmosu, obejmującą 11 miliardów lat historii rozszerzającego się Wszechświata. Obserwacje zostały przeprowadzone na obszarze około 14 000 stopni kwadratowych – to mniej więcej jedna trzecia całego nieba – a w rozszerzonym programie mapę powiększy się do około 17 000 stopni kwadratowych.

Ciemna energia pod lupą

Kluczowym celem DESI jest sprawdzenie, czy ciemna energia zachowuje się jak stała kosmologiczna Einsteina – w prostym modelu jej gęstość pozostaje niezmienna w czasie – czy też może ewoluuje wraz z wiekiem Wszechświata. Wstępne analizy pierwszych trzech lat danych sugerują możliwe odchylenie od klasycznego obrazu stałej kosmologicznej, choć na razie są to tylko intrygujące wskazówki, a nie twardy dowód.

Aby wyciągnąć takie wnioski, naukowcy badają, jak galaktyki grupują się w kosmiczną sieć – splot gromad, włókien i pustek, który odzwierciedla wpływ grawitacji materii i odpychającego działania ciemnej energii. Dzięki ogromnej liczbie obiektów w katalogu DESI, dokładność pomiaru tempa rozszerzania się Wszechświata sięga poziomu około 1% – jeszcze niedawno uznawanego za bardzo ambitny cel dla kosmologii obserwacyjnej.

Rekordy, liczby i ludzie

DESI zgromadził dane kosmologiczne dla sześciokrotnie większej liczby galaktyk i kwazarów niż wszystkie wcześniejsze przeglądy razem wzięte, co czyni jego mapę największą i o najwyższej rozdzielczości spośród obecnie dostępnych. Projekt jest dziełem międzynarodowej współpracy ponad 900 naukowców (w tym około 300 doktorantów) z ponad 70 instytucji na całym świecie.

Instrument pracował wyjątkowo wydajnie, pomimo poważnych wyzwań – od przerw spowodowanych pandemią COVID‑19 po pożary i powodzie błotne w rejonie Kitt Peak. Dzięki licznym usprawnieniom w oprogramowaniu, procedurach obserwacyjnych i analizie danych udało się zakończyć pierwotny program szybciej, niż planowano, i z dużo większą liczbą zarejestrowanych obiektów.

Co dalej z DESI i kosmologią?

Choć pierwotny pięcioletni przegląd został domknięty, DESI będzie kontynuował obserwacje co najmniej do 2028 roku, powiększając mapę Wszechświata o około 20% i sięgając trudniejszych obszarów nieba – bliżej płaszczyzny Drogi Mlecznej oraz dalej na południe. Dodatkowe dane o słabszych, bardziej odległych galaktykach pozwolą zagęścić mapę i jeszcze dokładniej odtworzyć historię rozszerzania się kosmosu.

Równolegle trwają analizy pełnego pięcioletniego zestawu danych; pierwszych kompleksowych wyników dotyczących ciemnej energii z całego przeglądu można się spodziewać około 2027 roku. Oprócz badań ciemnej energii katalog DESI stanie się kopalnią wiedzy o ewolucji galaktyk, rozkładzie ciemnej materii w halo Drogi Mlecznej, masie neutrin i wielu innych zagadnieniach współczesnej astrofizyki.

Źródła

Główne źródło:

Źródła kontekstowe:

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Powiązane wpisy

Przewijanie do góry