تقوم DESI بإنشاء أكبر خريطة ثلاثية الأبعاد للكون

أداة طيفية للطاقة المظلمة (DESI) حطم جميع السجلات السابقة لاستكشاف المجرات ثلاثي الأبعاد ، وإنشاء أكبر خريطة للكون وأكثرها تفصيلاً واستكمال الأشهر السبعة الأولى من الاستطلاعات. ومع ذلك ، فإن رسالتها التي مدتها خمس سنوات تبلغ 10٪ فقط. عند الانتهاء ، ستمنح هذه الخريطة ثلاثية الأبعاد المذهلة علماء الفيزياء والفلك فهمًا أفضل لماضي الكون ومستقبله ، مما يمنحهم فهمًا أفضل للطاقة المظلمة. وفي الوقت نفسه ، فإن الأداء التكنولوجي المذهل للمسح الذي تم إجراؤه حتى الآن والإنجازات الكونية بالفعل يساعد العلماء على الكشف عن أسرار أقوى مصادر الضوء في الكون.

DESI هو تعاون علمي دولي يديره مختبر لورانس بيركلي الوطني (مختبر بيركلي) التابع لإدارة الطاقة بتمويل أولي لبناء وتشغيل المكتب العلمي لوزارة الطاقة.

قدم علماء DESI أداء الجهاز وبعض النتائج الفلكية المبكرة هذا الأسبوع في ندوة عبر الإنترنت تسمى Cosmoplusa ، قدمها مختبر بيركلي ، والتي ستتضمن تحديثات من تجارب كونية رائدة أخرى.

قال أحد المتحدثين ، جوليان جاي ، عالم المختبرات في بيركلي: “إنها تتمتع بجمال كبير. “في توزيع المجرات على خريطة ثلاثية الأبعاد ، توجد مجموعات كبيرة وخيوط وفراغات. وهي أكبر الهياكل في الكون.

لقد قطعت DESI شوطًا طويلاً لتحقيق ذلك. تم اقتراح الأداة في الأصل قبل عقد من الزمن ، وبدأ إنشاء الأداة في عام 2015. هذا نيكولاس يو في مرصد كيد بيك الوطني بالقرب من توكسون ، أريزونا. تم تركيب مايال على تلسكوب طوله 4 أمتار. مرصد قمة كيت الوطني هو مشروع NOIRLab تابع للمؤسسة الوطنية للعلوم (NSF) تعاقدت عليه وزارة الطاقة لتشغيل تلسكوب مايال من أجل مسح DESI. شهدت الآلة أول ضوء لها في أواخر عام 2019. وأثناء مرحلة التحقق أصاب فيروس كورونا المنظار وأغلقه لعدة أشهر رغم استمرار بعض الأعمال في المسافة. في كانون الأول (ديسمبر) 2020 ، اختبرت DESI أجهزتها وبرامجها ، وأدت أعينها إلى السماء ، وكانت جاهزة لبدء بحثها العلمي بحلول مايو 2021.

مقتطف من خريطة ثلاثية الأبعاد للمجرة من مسح سلون الرقمي للسماء المكتمل.

قطعة بها خريطة ثلاثية الأبعاد للمجرات من الأشهر القليلة الأولى للأداة الطيفية للطاقة المظلمة (DESI ؛ يمين). الأرض في المركز ، مع المجرات على بعد 10 مليارات سنة ضوئية. كل نقطة تمثل مجرة. تُظهر هذه الشريحة ثنائية الأبعاد من خريطة 3D DESI حاليًا حوالي 800000 فقط من 7.5 مليون مجرة ​​تمت دراستها ، وهي جزء فقط من 35 مليون مجرة ​​على الخريطة النهائية. الائتمان: يستخدم مختبر D. Schlegel / Berkeley بيانات من DESI

لكن العمل في DESI لم ينته عندما بدأ المسح. قال جلاس هونشيد ، عالم فيزياء بجامعة ولاية أوهايو ، وعالم أدوات مشارك في أول عرض ورقي للبرنامج في جلسة Cosmopalusa DESI ، “استمرار استمرار عمل هذه الأداة. التعليقات التي أحصل عليها من المشرفين هي أن التغييرات مملة وأنا أتقبلها قال “إنها مجاملة”.

لكن هذه الإنتاجية الرتيبة تتطلب تحكمًا تفصيليًا بشكل لا يصدق في كل من 5000 روبوت معقد يضع الألياف الضوئية على أداة DESI ، مما يضمن دقة مستوياتها في غضون 10 ميكرون. قال هانشيد: “عشرة ميكرونات صغيرة”. “إنها أقل من سمك شعرة الإنسان. يجب وضع كل روبوت لجمع الضوء من المجرات التي تبعد بلايين السنين الضوئية. في كل مرة أفكر في هذا النظام ، أتساءل كيف يمكننا التخلص منه؟ إن نجاح DESI كأداة أمر يجب أن نفخر به.

رؤية الألوان الحقيقية للطاقة المظلمة

هذا الموقف دقة هذا مطلوب لإنجاز المهمة الأساسية للمسح: جمع صور طيف لونية مفصلة لأكثر من ثلث المجرة بأكملها ، ملايين المجرات. من خلال تفكيك الضوء من كل مجرة ​​إلى طيفها الخاص ، يمكن لـ DESI تحديد مقدار الضوء الأحمر الذي تم نقله نحو الحافة الحمراء للطيف عن طريق توسع الكون في مليارات السنين قبل وصوله إلى الأرض. . فقط تلك الخلايا الحمراء تسمح لـ DESI برؤية أعماق السماء.

كلما ازداد لون طيف المجرة إلى اللون الأحمر ، كلما زاد تباينه بشكل عام. مع وجود خريطة ثلاثية الأبعاد للكون في متناول اليد ، يمكن للفيزيائيين سرد المجرات والعناقيد العملاقة. تحمل تلك الهياكل أصداء إنشائها المبكر ، عندما كانت مجرد تموجات في الكون الطفل. من خلال إثارة هذه الأصداء ، يمكن للفيزيائيين استخدام بيانات DESI لتحديد تاريخ توسع الكون.

يوفر الكوازار الجديد ، الذي تم اكتشافه باستخدام DESI ، لمحة عامة عن الكون الذي كان موجودًا بعد أقل من 13 مليار سنة من الانفجار العظيم. هذا هو أبعد كوازار تم اكتشافه على الإطلاق باستخدام DESI من مجموعة DESI الأكثر تحديدًا للكوازارات ذات الانزياح الأحمر العالي. تظهر الدراسات التصويرية التراثية DESI خلفية هذا الكوازار ومحيطه. الائتمان: جيني يانغ ، مرصد ستيوارت / جامعة أريزونا

“هدفنا العلمي هو قياس ختم الأمواج في البداية بلازماقال غي. “إنه لأمر مدهش أنه يمكننا بالفعل اكتشاف تأثير هذه الموجات بعد مليارات السنين ، في استطلاعنا قريبًا.”

من المهم جدًا فهم تاريخ التوسع ، ليس أقل من مصير الكون بأسره. اليوم ، حوالي 70٪ من محتوى الكون عبارة عن طاقة مظلمة ، وهي طاقة غامضة تعمل على تسريع توسع الكون. مع تمدد الكون ، سيظهر جزء من الطاقة المظلمة في الكون دائمًا لأعلى في حالة دوران ، وستكون الطاقة المظلمة موجودة. ستحدد الطاقة المظلمة في النهاية مصير الكون: هل ستتوسع يومًا ما؟ هل تنهار على نفسها مرة أخرى ، في الانفجار العظيم يعكس؟ أم أنها ستمزق نفسها؟ الإجابة على هذه الأسئلة هي معرفة المزيد حول كيفية عمل Dark Energy في الماضي – وقد تم تصميم DESI للقيام بذلك بالضبط. من خلال مقارنة تاريخ التوسع مع تاريخ التطور ، يمكن لعلماء الكونيات التحقق مما إذا كانت نظرية النسبية العامة لأينشتاين موجودة في هذا الفاصل الشاسع بين المكان والزمان.

الثقوب السوداء والمجرات الساطعة

ولكن من أجل فهم مصير الكون ، سيتعين على DESI الانتظار حتى تنتهي من المزيد من أبحاثها. في غضون ذلك ، تحرز DESI بالفعل تقدمًا في فهمنا للماضي البعيد ، قبل 10 مليارات سنة من أن المجرات كانت لا تزال شابة.

قالت راجاديبيكا بوتشا Ragadeepika Pucha ، طالبة الدراسات العليا في علم الفلك بجامعة أريزونا والتي تعمل في DESI: “إنه أمر مدهش للغاية”. “سوف تخبرنا DESI المزيد عن فيزياء تكوين المجرات وتطورها.”

يستخدم بوتشا وزملاؤه بيانات DESI لفهم سلوك الثقوب السوداء متوسطة الكتلة في المجرات الصغيرة. يُعتقد أن الثقوب السوداء الهائلة تسكن مراكز كل مجرة ​​رئيسية تقريبًا ، تمامًا مثل مجرتنا. درب التبانة. لكن لم يُعرف بعد ما إذا كانت المجرات الصغيرة لها دائمًا ثقوب سوداء (صغيرة) في مراكزها. يكاد يكون من المستحيل اكتشاف الثقوب السوداء تلقائيًا – ولكن إذا اجتذبت ما يكفي من المواد ، فسيكون اكتشافها أسهل. عندما يسقط الغاز والغبار والأشياء الأخرى بالداخل الثقب الأسود مع ارتفاع درجة حرارته (إلى درجة حرارة أكثر دفئًا من مركز النجم) ، تتشكل مجرة ​​نشطة (AGN) في مسارها. في المجرات الكبيرة ، النوى المجرية النشطة هي ألمع الأجسام في الكون المعروف. ولكن في المجرات الأصغر ، يمكن أن تكون النوى المجرية النشطة باهتة جدًا ويصعب تمييزها عن النجوم حديثة الولادة. ستساعد الأطياف التي التقطتها DESI في حل هذه المشكلة – وسيوفر وصولها الواسع إلى السماء المزيد من المعلومات حول مراكز المجرات الصغيرة أكثر من أي وقت مضى. ستعطي هذه النوى العلماء أدلة حول كيفية تكوّن النوى المجرية النشطة في بدايات الكون.

النجوم الزائفة – وخاصة المجرات المختلفة الساطعة – هي واحدة من ألمع الأجسام المعروفة وأبعدها. قالت فيكتوريا فوسيت ، طالبة الدراسات العليا في علم الفلك في جامعة دورهام في المملكة المتحدة: “بالنظر إلى تاريخ الكون ، أحب أن أفكر فيها على أنها منارات. الكوازارات هي أفضل دراسة للكون المبكر بسبب القوة المطلقة؛

استخدم فوسيت وزملاؤه بيانات DESI لفهم تطور الكوازارات. يُعتقد أن النجوم الزائفة محاطة بطبقة من الغبار تجعل الشمس حمراء مثل ضوء الشمس. مع تقدمهم في السن ، يطردون الغبار ويتحولون إلى اللون الأزرق. لكن يصعب اختبار هذه النظرية بسبب نقص البيانات عن الكوازارات الحمراء. استبدله DESI ، حيث وجد عددًا أكبر من الكوازارات مقارنة بالمسح السابق ، مع توقع 2.4 مليون كوازار في بيانات المسح النهائية.

قال فوسيت “DESI جيد جدا لأنه يلتقط أشياء مملة جدا وحمراء جدا”. ويضيف أن Quasar يسمح للعلماء بتجربة أفكار حول التطور. هذا لا يقتصر على النجوم الزائفة. قال فوسيت: “لقد اكتشفنا العديد من الإعدادات الغريبة ، بما في ذلك عينات كبيرة من العناصر النادرة التي لم نقرأها بالتفصيل من قبل”.

هناك الكثير من DESI. يسرد المسح بالفعل 7.5 مليون مجرة ​​ويضيف المزيد بمعدل أكثر من مليون في الشهر. في نوفمبر 2021 وحده ، أدرجت DESI تغييرات باللون الأحمر من 2.5 مليون مجرة. بحلول نهاية مهمتها في عام 2026 ، من المتوقع أن يكون لدى DESI أكثر من 35 مليون مجرة ​​في قائمتها ، مما يتيح أنواعًا مختلفة من الأبحاث الكونية والفلكية.

قال بوتشا: “كل هذه البيانات موجودة ، وهي في انتظار التحليل”. “ثم سنكتشف الكثير من الأشياء الرائعة عن المجرة. إنها مثيرة بالنسبة لي.

يتم دعم DESI من قبل مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة والمركز الوطني لعلوم علوم الطاقة والكمبيوتر ، مرفق المستخدم العلمي التابع لوزارة الطاقة. تقدم مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية ، ومجلس المملكة المتحدة للمرافق العلمية والتكنولوجية ، ومؤسسة جوردون وبيتي مور ، ومؤسسة Heising-Simons ، واللجنة الفرنسية للطاقة البديلة والطاقة الذرية (CEA) دعمًا إضافيًا لمؤسسة DESI. من قبل المجلس الوطني للعلوم والتكنولوجيا في المكسيك ووزارة الاقتصاد الإسبانية والمنظمات الأعضاء في DESI.

يسمح تعاون DESI بإجراء بحث علمي على Mount Yolcom Duak (Kid Peak) ، وهو أمر مهم بشكل خاص لبلد Tohono O’Dom.