El instrumento espectroscópico de energía oscura ( DESI ) es un instrumento de investigación científica para realizar estudios astronómicos espectrográficos de galaxias distantes . Sus componentes principales son un plano focal que contiene 5.000 robots de posicionamiento de fibras y un banco de espectrógrafos que son alimentados por las fibras. El instrumento permite un experimento para investigar la historia de la expansión del universo y la misteriosa física de la energía oscura . [1] [2] El estudio principal de DESI comenzó en mayo de 2021. DESI se encuentra a una altura de 6.880 pies (2.100 m), donde se ha instalado en el telescopio Mayall en la cima de Kitt Peak en el desierto de Sonora , que se encuentra a 55 millas (89 km) de Tucson, Arizona , EE. UU.
El instrumento es operado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley con financiación de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los EE. UU . La construcción del instrumento fue financiada principalmente por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los EE. UU. y por otras numerosas fuentes, incluidas la Fundación Nacional de Ciencia de los EE. UU. , el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido, la Comisión de Energía Atómica y Energías Alternativas de Francia , el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México , el Ministerio de Ciencia e Innovación de España , la Fundación Gordon y Betty Moore , la Fundación Heising-Simons y otras instituciones colaboradoras de todo el mundo. [3] [4]
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La historia de la expansión y la estructura a gran escala del universo son una predicción clave de los modelos cosmológicos , y las observaciones de DESI permitirán a los científicos investigar diversos aspectos de la cosmología, desde la energía oscura hasta las alternativas a la Relatividad General , pasando por las masas de los neutrinos y el universo primitivo. Los datos de DESI se utilizarán para crear mapas tridimensionales de la distribución de la materia que cubren un volumen sin precedentes del universo con un detalle incomparable. Esto proporcionará información sobre la naturaleza de la energía oscura y establecerá si la aceleración cósmica se debe a una modificación a escala cósmica de la Relatividad General. DESI será transformador en la comprensión de la energía oscura y la tasa de expansión del universo en los primeros tiempos, uno de los mayores misterios en la comprensión de las leyes físicas.
DESI medirá la historia de expansión del universo utilizando las oscilaciones acústicas bariónicas (BAO) impresas en el agrupamiento de galaxias, cuásares y el medio intergaláctico. [5] La técnica BAO es una forma robusta de extraer información de distancia cosmológica del agrupamiento de materia y galaxias. Se basa únicamente en la estructura a muy gran escala y lo hace de una manera que permite a los científicos separar el pico acústico de la firma BAO de las incertidumbres en la mayoría de los errores sistemáticos en los datos. BAO fue identificado en el informe del Dark Energy Task Force de 2006 como uno de los métodos clave para estudiar la energía oscura. [6] En mayo de 2014, el Panel Asesor de Física de Altas Energías, un comité asesor federal, comisionado por el Departamento de Energía de los EE. UU. (DOE) y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) respaldó DESI. [7]
El método de oscilaciones acústicas bariónicas requiere un mapa tridimensional de galaxias y cuásares distantes creado a partir de la información angular y de corrimiento al rojo de una gran muestra estadística de objetos cosmológicamente distantes. Al obtener espectros de galaxias distantes es posible determinar su distancia, a través de la medición de su corrimiento al rojo espectroscópico, y así crear un mapa tridimensional del universo. [10] El mapa tridimensional de la estructura a gran escala del universo también contiene más información sobre la energía oscura que solo la BAO y es sensible a la masa del neutrino y a los parámetros que gobernaron el universo primordial. Durante su estudio de cinco años, que comenzó el 15 de mayo de 2021, se espera que el experimento DESI observe 40 millones de galaxias y cuásares. [11]
El instrumento DESI implementa un nuevo espectrógrafo óptico altamente multiplexado en el telescopio Mayall. [12] El nuevo diseño del corrector óptico crea un campo de visión muy grande, de 8,0 grados cuadrados, en el cielo, que combinado con la nueva instrumentación del plano focal pesa aproximadamente 10 toneladas. El plano focal acomoda 5.000 pequeños posicionadores de fibra controlados por computadora en un paso de 10,4 milímetros. Todo el plano focal se puede reconfigurar para la siguiente exposición en menos de dos minutos mientras el telescopio se desplaza al siguiente campo. El instrumento DESI es capaz de tomar 5.000 espectros simultáneos en un rango de longitud de onda de 360 nm a 980 nm. El alcance del proyecto DESI incluyó la construcción, instalación y puesta en servicio del nuevo corrector de campo amplio y la estructura de soporte del corrector para el telescopio, el conjunto del plano focal con 5.000 posicionadores de fibra robóticos y diez sensores de guía/enfoque/alineación, un sistema de cableado de fibra óptica de 40 metros que lleva la luz desde el plano focal a los espectrógrafos, diez espectrógrafos de 3 brazos, un sistema de control de instrumentos y una tubería de análisis de datos.
La fabricación del instrumento estuvo a cargo del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley , que supervisa el funcionamiento del experimento, incluida una colaboración científica internacional de 600 personas. El costo de la construcción fue de 56 millones de dólares de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los EE. UU. , más 19 millones de dólares adicionales de otras fuentes no federales, incluidas contribuciones en especie. El liderazgo de DESI actualmente está compuesto por el director, Dr. Michael E. Levi, los coportavoces de la colaboración, el Prof. Kyle Dawson y la Dra. Nathalie Palanque-Delabrouille, los científicos del proyecto, el Dr. David J. Schlegel y el Dr. Julien Guy, el gerente del proyecto, el Dr. Patrick Jelinsky, los científicos del instrumento, el Prof. Klaus Honscheid y la Prof. Constance Rockosi . Los portavoces de la colaboración anteriores han sido el Prof. Daniel Eisenstein y la Prof. Risa Wechsler .
El DOE aprobó el CD-0 (Necesidad de la misión) el 18 de septiembre de 2012, aprobó el CD-1 (Selección de alternativas y rango de costos) el 19 de marzo de 2015 y el CD-2 (Línea base de desempeño) el 17 de septiembre de 2015. La aprobación del Congreso para el inicio del DESI como un nuevo elemento principal del equipo se proporcionó en la legislación de asignaciones de energía y agua del año fiscal 2015. La construcción del nuevo instrumento comenzó el 22 de junio de 2016 con la aprobación del CD-3 (Inicio de la construcción) y se montó en gran parte en 2019, con la finalización de la puesta en servicio el 21 de marzo de 2020 antes de la pandemia y marcando el final formal del proyecto (CD-4). [13] DESI se completó por debajo del presupuesto en $ 1,9 millones y 17 meses antes de lo previsto. Como consecuencia, el proyecto recibió el Premio a la Excelencia en la Gestión de Proyectos del DOE de 2020. [14] Después de una pausa por la pandemia y una transición a operaciones remotas, DESI volvió a las operaciones de estudio en diciembre de 2020 con una fase final de verificación y validación antes de comenzar su estudio planificado de cinco años. El estudio de cinco años comenzó el 14 de mayo de 2021. [15] DESI cerró durante tres meses en el verano de 2022 debido al incendio de Contreras que envolvió Kitt Peak. DESI no sufrió daños y está adquiriendo datos científicos. [16]
Para proporcionar objetivos para el estudio DESI, tres telescopios estudiaron el cielo del norte y parte del sur en las bandas g, r y z . Esos estudios fueron el Beijing-Arizona Sky Survey (BASS), utilizando el telescopio Bok de 2,3 m , el Dark Energy Camera Legacy Survey (DECaLS), utilizando el telescopio Blanco de 4 m y el Mayall z-band Legacy Survey (MzLS), utilizando el telescopio Mayall de 4 metros . El área de los estudios es de 14.000 grados cuadrados (aproximadamente un tercio del cielo) y evita la Vía Láctea. Estos estudios se combinaron en los DESI Legacy Imaging Surveys, o Legacy Surveys. [17] [18] Las imágenes en color del estudio se pueden ver en el Legacy Survey Sky Browser. [19] El estudio heredado cubre 16.000 grados cuadrados del cielo nocturno que contiene 1.600 millones de objetos, incluidas galaxias y cuásares, hasta hace 11.000 millones de años.
DESI recibió el visto bueno para iniciar la investigación y el desarrollo del proyecto en diciembre de 2012, y se designó al Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley como laboratorio encargado de la gestión. El Dr. Michael Levi, científico sénior del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley , fue designado por el laboratorio como director del proyecto de DESI y desempeñó ese papel a partir de 2012 y durante toda la construcción. Henry Heetderks fue director del proyecto desde 2013 hasta 2016, Robert Besuner fue director del proyecto desde 2016 hasta 2020. La autorización del Congreso se proporcionó en 2015, y la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU. aprobó el inicio de la construcción física en junio de 2016. La primera luz del nuevo sistema corrector se obtuvo la noche del 1 de abril de 2019, y la primera luz de todo el instrumento se logró la noche del 22 de octubre de 2019. La puesta en servicio se produjo después de la primera luz y se completó en marzo de 2020, luego se detuvo durante la pandemia en 2020. [20] DESI comenzó su principal estudio científico de 5 años el 14 de mayo de 2021. DESI está operando normalmente actualmente después de sobrevivir al incendio de Contreras en 2022. [21]
Se puede acceder a todos los datos disponibles públicamente, incluidos los catálogos de corrimiento al rojo, los catálogos de valor añadido y la documentación, a través del portal sata de DESI. Las personas con cuentas en el Centro Nacional de Cálculo Científico de Investigación Energética (NERSC) pueden acceder a toda la parte pública de los datos de DESI. Los catálogos de DESI también existen en formato de base de datos. Para mayor comodidad, una copia de las bases de datos públicas también está alojada en la plataforma científica NOIRLab Astro Data Lab y mediante el uso del Laboratorio de Análisis Espectral y Catálogo Recuperable (SPARCL). [22] Una forma sencilla de acceder a los espectros de DESI en línea es utilizar el visor heredado en los sondeos de imágenes heredadas de DESI. [23] Los usuarios tienen que marcar la casilla de espectros de DESI y hacer clic en una galaxia o estrella encerrada en un círculo para que aparezca un enlace al visor espectral de DESI. [24] El espectro se puede explorar en el visor espectral de DESI. [25] (Consulte los enlaces externos en Índice | Sondeos heredados)
El 13 de junio de 2023 se anunció la publicación de datos anticipados (EDR) de DESI. [26] El EDR contiene espectros de casi dos millones de galaxias, cuásares y estrellas . [22] Uno de los primeros resultados del EDR se anunció en febrero de 2023 y describió una migración masiva de estrellas hacia la galaxia de Andrómeda . [27] El EDR también reveló cuásares muy distantes y estrellas muy pobres en metales . [22] [28]
A partir del nivel de detalle que se puede observar, se ha creado el mapa 3D más grande del universo hasta el momento (2024). [29] A partir de estos datos precisos, el director de DESI, Michael Levi, afirmó:
También estamos observando algunas diferencias potencialmente interesantes que podrían indicar que la energía oscura está evolucionando con el tiempo. Es posible que desaparezcan o no con más datos, por lo que estamos entusiasmados por comenzar a analizar nuestro conjunto de datos de tres años pronto. [30]
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