Робот-детектор для картографирования космоса в поисках ключей к темной энергии

5000 оптических волокон будут роботизированно скручиваться на место, чтобы поймать свет конкретных галактик

 Обновленный телескоп Аризоны будет исследовать 35 миллионов галактик

В 1998 году астрономы обнаружили удивительный факт: некоторая антигравитационная сила ускоряла расширение Вселенной. Два десятилетия спустя эта "темная энергия" все еще остается загадкой. Но в следующем месяце ветеран телескоп в Аризоне начнет охотиться за подсказками,

после модернизации роботизированной системой для отображения беспрецедентных 35 миллионов галактик и того, как они сгущаются в пространстве и времени.

Этот огромный образец, охватывающий большую часть видимой вселенной, позволит спектроскопическому инструменту темной энергии (DESI) искать флуктуации в скоплениях, которые могут выдать природу темной энергии. До сих пор темная энергия, по-видимому, имеет одинаковый ускоряющий эффект везде, на протяжении большей части истории Вселенной. Это говорит о том, что это постоянное давление, связанное с самой тканью пространства - так называемой космологической постоянной. Но если темная энергия окажется изменчивой с течением времени, это может потребовать более экзотического объяснения, такого как дополнительное силовое поле, иногда называемое квинтэссенцией, которое может измениться в течение космической истории. Или это может указывать на необходимость более фундаментального переписывания общей теории относительности, теории гравитации Альберта Эйнштейна.

"Что это за история?" - спрашивает Офер Лахав, астроном из Университетского колледжа Лондона и глава британского консорциума, участвующего в проекте стоимостью 75 миллионов долларов. "Я хотел бы знать, прежде чем умереть".

Астрономы первоначально обнаружили космическое ускорение, измеряя расстояние до сверхновых в удаленных галактиках. Они обнаружили, что эти далекие маяки были сметены дальше, чем если бы расширение было постоянным. Но некоторые сомневаются, достаточно ли надежно сверхновые отмечают расстояние, чтобы исследовать поведение темной энергии, и астрономы приняли новую тактику с возрастающей точностью. Например, астрономы с обзором темной энергии, недавно завершенным с помощью телескопа в Чили, искал крошечные искажения в формах галактик, вызванные вмешивающейся материей, распределение которой содержит ключи к растяжению пространства.

Астрономы DESI будут использовать то, что оказалось самым мощным зондом темной энергии до сих пор. Они будут искать рябь, называемую барионными акустическими колебаниями, в скоплении галактик. Эти рябь началась как звуковые волны, которые промыли Вселенную через 400 000 лет после большого взрыва, когда она была закрученной массой частиц и энергии. Как только этот первичный суп остыл и стал прозрачным, рябь, которая привлекла к ним материю и сформировала основы для скоплений галактик, заперлась, разделенная характерным расстоянием. Измеряя, как этот космический критерий вырос с течением времени, астрономы могут оценивать конкурирующие эффекты темной энергии и гравитации и искать отклонения. "Это чудо, что природа построила такую полезную линейку", - говорит Лахав.

Проект под названием Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) впервые применил эту технику в рамках Sloan Digital Sky Survey (SDSS), который опирался на 2,5-метровый телескоп в Нью-Мексико. Он нанес на карту около 2 миллионов галактик, но это было медленно и трудоемко. Чтобы получить расстояние до галактики, астрономы разделяют ее свет на спектр и измеряют ее красное смещение или растяжение ее света расширением Вселенной. Астрономы BOSS сделали это, установив фокальную плоскость телескопа с маской: алюминиевой пластиной, в которую они просверлили сотни отверстий, каждое из которых находилось в месте, где падал свет от известной галактики. Оптические волокна, вручную прикрепленные к каждой дыре, поймали свет каждой галактики и подали его на спектрограф. Но исследователям приходилось делать новую пластину и прикреплять волокна каждый раз, когда телескоп поворачивался к новой части неба. "Это было ужасно, но эффективно", - говорит член команды DESI Джон Пикок из Эдинбургского университета.

Используя 4-метровый телескоп Николаса У. Майалла на Китт-Пик в Аризоне, DESI будет захватывать галактики из более глубокого пространства и времени, чем SDSS, а автоматизация повысит его производительность за ночь. Прибор имеет 5000 волокон, прикрепленных к его фокальной плоскости шириной 0,8 метра. Каждый наконечник волокна может быть перемещен в считанные секунды крошечным роботизированным приводом. 5000 волокон змеятся по задней части телескопа в комнату с контролируемой температурой, содержащую 10 спектрографов, каждый из которых анализирует свет 500 галактик одновременно. Весь инструмент может быть перенастроен на новый участок неба за несколько минут. "DESI в 10 раз эффективнее, чем последний опрос от SDSS", - говорит ученый проекта Дэвид Шлегель из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии. "Это следующее поколение".

В следующем месяце команда DESI впервые направит телескоп на небо, чтобы проверить всю систему. "Немного за раз мы покажем, что роботы работают и собирают свет", - говорит член команды Натали Паланк-Делабруй из Университета Парижа-Сакле. К 2025 году астрономы надеются получить полную космическую карту галактик. Он будет содержать ключи не только к темной энергии, но и к другим экзотическим вопросам в космологии, таким как нейтрино — крошечные мимолетные частицы, которые почти невозможно обнаружить - могут объяснить скрытую темную материю Вселенной и, как полагают теоретики, Вселенная родилась в экспоненциальном всплеске расширения продолжительностью всего лишь доли секунды, известная как инфляция.

"Мы нацелены на все самые странные вещи, которые мы видим во вселенной", - говорит Шлегель.