Проєкт DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) завершив п'ятирічну програму спостережень раніше запланованого терміну. Результатом стала найбільша тривимірна карта Всесвіту високої роздільності за всю історію астрономії.

Інструмент встановлений на 4-метровому телескопі Ніколаса Мейголла в обсерваторії Кітт-Пік в Аризоні, що входить до складу NOIRLab. Керує проєктом Лабораторія Лоуренса Берклі, а фінансування забезпечує Управління науки Міністерства енергетики США.

Як 5000 оптоволоконних очей будують карту Всесвіту

DESI обладнаний 5000 оптоволоконних сенсорів, кожен з яких може самостійно наводитися на окремий об'єкт у небі. Приблизно кожні 20 хвилин інструмент фіксує нову ділянку неба і збирає світло, яке летіло до Землі мільярди років.

Спочатку команда планувала зафіксувати 34 мільйони галактик і квазарів за п'ять років роботи. Фактичний результат перевищив план: понад 47 мільйонів галактик і квазарів, а також 20 мільйонів зірок. Це вшестеро більше космологічних даних, ніж дали всі попередні огляди неба разом узяті.

Квазари — надзвичайно яскраві й водночас дуже далекі об'єкти з надмасивною чорною дірою в центрі. Саме завдяки їхній яскравості світло від них можна зафіксувати навіть із відстані у мільярди світлових років.

Навіщо шукати темну енергію в розподілі галактик

Головна мета DESI — дослідження темної енергії, невідомої складової, яка становить близько 70% Всесвіту і відповідає за прискорене розширення простору.

Метод дослідження базується на порівнянні: як галактики групувалися в минулому і як вони розподілені зараз. Різниця в цьому розподілі показує, як темна енергія впливала на Всесвіт упродовж 11 мільярдів років космічної історії.

Аналіз перших трьох років даних дав несподіваний натяк: темна енергія може не бути сталою величиною (так званою космологічною константою), як вважалося десятиліттями, а змінюватися з часом. Якщо повний п'ятирічний набір даних підтвердить цю тенденцію, це вплине на уявлення про подальшу долю Всесвіту — вона залежить від балансу між матерією і темною енергією.

Після виявлення натяків на те, що темна енергія може відхилятися від константи, потенційно змінюючи цю долю, цей момент — наче сидіти на краєчку стільця, поки ми аналізуємо нову карту, щоб перевірити, чи підтвердяться ці натякиStephanie Juneau, NOIRLab

Перші результати аналізу повного п'ятирічного набору даних очікуються у 2027 році.

Пандемія та лісова пожежа на шляху до результату

Шлях до завершення огляду не був рівним. У 2020 році фінальне тестування інструменту перервала пандемія COVID-19.

У 2022 році лісова пожежа Contreras Fire пройшла через гору Кітт-Пік, де розташований телескоп. Завдяки діям пожежників і персоналу обсерваторії сам телескоп не постраждав, хоча відновлення роботи ускладнили мусони та зсуви ґрунту.

Попри ці затримки, команда завершила огляд раніше запланованого графіка і з даними, обсяг яких перевищив початкові очікування.

Карта зросте ще на 20% до 2028 року

DESI не завершує роботу. Спостереження триватимуть до 2028 року, а площа карти збільшиться приблизно на 20% — з 14 000 до 17 000 квадратних градусів неба. Для порівняння: Місяць на небі займає приблизно 0,2 квадратного градуса, а все небо — понад 41 000.

Розширена карта охопить ділянки неба, складніші для спостережень: області ближче до площини Чумацького Шляху, де яскраві близькі зорі заважають бачити далекі об'єкти, а також південніші райони, де телескопу доводиться дивитися крізь товщий шар земної атмосфери.

Окремо команда планує повторно зняти вже охоплену ділянку неба, але сфокусуватися на нових об'єктах — далеких і тьмяних "яскравих червоних галактиках". Це дасть щільнішу й детальнішу карту вже досліджених регіонів.

Дослідники також вивчатимуть карликові галактики та зоряні потоки — смуги зірок, вирвані гравітацією Чумацького Шляху з менших галактик-супутників. Мета — краще зрозуміти темну матерію, невидиму форму матерії, яка становить більшість маси Всесвіту, але досі не була виявлена напряму.

У проєкті задіяні понад 900 дослідників, включно з 300 аспірантами, з понад 70 інституцій по всьому світу.