Astronomen beginnen aan een 3D mapping van het universum

De samenwerking met de Dark Energy Spectroscopic Instrument (*) luidde vandaag een nieuw tijdperk in de kosmologie in met een vijfjarige poging om de grootste driedimensionale kaart van het universum te construeren.

De DESI-groep, bestaande uit bijna 500 wetenschappers van over de hele wereld, waaronder astronomen van de University of California (Irvine) zal spectrale gegevens verzamelen van meer dan 30 miljoen sterrenstelsels om donkere energie te bestuderen, een tot nu toe onbekend iets waarvan wordt aangenomen dat deze de oorzaak is van het feit dat de expansie van het heelal nog versnelt.

Bij de foto: Met behulp van robotgestuurde optische vezels om licht in 10 spectrografen te sturen, zal het Dark Energy Spectroscopic Instrument meer dan 30 miljoen sterrenstelsels in beeld brengen en bestuderen. Astronomen zijn vandaag een nieuw vijfjarig project begonnen om DESI te gebruiken om het universum in kaart te brengen en antwoorden te vinden op vragen over de versnelde expansie ervan. Foto: David Kirkby / UCI

DESI's ongeëvenaarde vermogen om snel sterrenstelsels in kaart te brengen, zal astronomen helpen modellen te verfijnen van hoe het universum is geëvolueerd, afwijkingen van Einsteins algemene relativiteitstheorie te testen en dichter bij het oplichten van de sluier van de ongrijpbare donkere energie te komen.

Met toestemming van de Tohono O'odham Nation onderzoekt het DESI-team de verre kosmos vanaf het Kitt Peak Observatory bovenop de Iolkam Du’ag-berg nabij Tucson, Arizona.

"Dit is het meest ambitieuze project in zijn soort. Alleen al de hoeveelheid gegevens uit de test- en validatiefase is groter dan het aantal spectra verzameld door alle andere telescopen samen", aldus DESI-gegevens systeemwetenschapper David Kirkby, UCI-hoogleraar natuurkunde en astronomie. "Het onderzoek zal een cruciale leemte opvullen door de expansiesnelheid van de afgelopen 11 miljard jaar te meten, waarbij metingen uit het vroege en late heelal worden aangevuld met gegevens van de kosmische microgolfachtergrond en supernovae."

Om hun doelen te bereiken, richt de DESI-samenwerking zich op meerdere soorten sterrenstelsels, elk met unieke eigenschappen die het ideaal maken voor het bestuderen van verschillende tijdperken in de geschiedenis van het universum.

"Een belangrijke kosmologische sonde voor DESI onderzoekt quasars, enkele van de meest verre en helderste objecten in het universum", zegt Bela Abolfathi, een afgestudeerde student aan de UCI die al vijf jaar aan de DESI-enquête werkt. "De absorptie- en emissielijnen in elk quasarspectrum vormen de handtekeningen van de materie gelegen tussen de quasar en onze telescoop, waardoor we een kaart krijgen van het kosmologische landschap. "

In tegenstelling tot traditionele onderzoeken, waarbij foto's worden gemaakt van grote delen van de nachtelijke hemel, houdt de DESI-methode in dat haardunne optische vezels gedurende langere tijd op individuele bronnen worden gericht. Volgens Kirkby kan het instrument zich richten op een ongekend aantal sterrenstelsels ondanks het tijdrovende proces van het verkrijgen van spectra, dankzij een ingenieuze draai aan het ontwerp van zijn voorganger, de Extended Baryon Oscillation Survey. In plaats van handmatig metalen platen te stoppen met 1000 optische vezels, bevat DESI's brandpuntsvlak 5.000 robotgestuurde vezels die licht naar 10 verschillende spectrografen sturen, waardoor vijf keer zoveel sterrenstelsels elke 20 minuten kunnen worden bestudeerd.

"De resultaten zijn buitengewoon veelbelovend, zoals te zien is in een geanimeerde visualisatie ontwikkeld door UCI die alle sterrenstelsels toont die door DESI zijn vastgelegd in een venster van slechts vier graden breed", zei Kirkby. “Als je je arm recht voor je uit zou strekken, zouden deze melkwegstelsels worden verpakt in een ruimte die achter je handpalm past. Elk spectrum resulteert in een unieke galactische vingerafdruk die een derde dimensie toevoegt aan onze 2D-beelden. "

Omdat het licht van de verste objecten meer dan 10 miljard jaar heeft afgelegd, “laat elk spectrum ons in het verre verleden kijken, waardoor astronomen een tweedimensionaal beeld van de hemel kunnen transformeren in een complexe kaart van de sterrenstelsels, clusters en superclusters die het universum bevolken, “zei Kirkby.

Het DESI-onderzoek vormt het hoogtepunt van bijna een decennium aan voorbereidingen door een groot internationaal team dat zich toelegt op het plannen, ontwerpen en bouwen van verschillende componenten van het instrument en de software. Kirkby leidt een team bij UCI dat verantwoordelijk was voor de ontwikkeling van de Exposure Time Calculator, een hulpmiddel om ervoor te zorgen dat elke foto perfect wordt belicht. Afgestudeerde studenten Abby Bault en Dylan Green voerden observaties uit voor targetingonderzoeken, ontwikkelden mock-ups voor doelselectie en valideerden het instrument tijdens de ingebruikname van de telescoop.

Auteur: Jan Vyvey
Bron: UC Irvine

(*) Zie ook https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_Energy_Spectroscopic_Instrument

Bij de foto: Het Dark Energy Spectroscopic Instrument. Foto: https://www.spiedigitallibrary.org/