DESI יצרה את המפה התלת-ממדית הגדולה ביותר של היקום שלנו עד כה. כדור הארץ נמצא במרכז הפרוסה הדקה הזו של המפה המלאה. בקטע המוגדל, קל לראות את המבנה הבסיסי של החומר ביקום שלנו. קרדיט: שיתוף פעולה של קלייר לממן/DESI; חבילת מפת צבע מותאמת אישית מאת cmastro
המכשיר הספקטרוסקופי של אנרגיה אפלה (DESI), שהותקן על טלסקופ באריזונה, יצר את המפה התלת-ממדית הגדולה ביותר של הקוסמוס, הממפה למעלה מ-30 מיליון גלקסיות ו-3 מיליון קוואזרים. משימה מונומנטלית זו, שיתוף פעולה של למעלה מ-900 חוקרים, עוזרת לנו להבין את התפשטות היקום ואת תפקידה של האנרגיה האפלה.
כעת יש לנו את המפה התלת-ממדית הגדולה ביותר של הקוסמוס שלנו שנוצרה אי פעם, הודות למכשיר רב עוצמה המותקן על גבי טלסקופ באריזונה עם מערך רובוטי של 5,000 "עיניים" סיבים אופטיים המביטות אל שמי הלילה. במהלך חמש השנים האחרונות, המכשיר הספקטרוסקופי של אנרגיה אפלה – הידוע בחוגי המדע כ-DESI – מדד את הספקטרום של יותר מ-30 מיליון גלקסיות ו-3 מיליון קוואזרים כדי לקבוע באיזו מהירות היקום התרחב במשך 11 מיליארד שנים.
ההכרזה של DESI היא תוצאה של שיתוף פעולה בינלאומי מתמשך הכולל יותר מ-900 חוקרים מלמעלה מ-70 מוסדות, כולל אסטרונומים ב-UC Santa Cruz עם תפקידי מנהיגות בפרויקט.
ועדיין, עד כמה שהחדשות האלה גדולות, אומרים שזו רק ההתחלה.
המכשיר הספקטרוסקופי של אנרגיה אפלה (DESI) מותקן על הקרן הלאומית למדע של ארה"ב ניקולס יו. מאיאל טלסקופ 4 מטר במצפה הכוכבים הלאומי קיט פיק. קרדיט: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. מרנפלד
תגליות חלוציות וחזיונות עתידיים
"אם המגמות הנרמזות כאן במערך הנתונים של השנה הראשונה זו יאוששו בניתוח השנה השלישית שלנו, זו תהיה תגלית מרכזית", אמרה הקוסמולוגית אלקסי ליאוטו, פרופסור חבר במחלקה לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה של UC סנטה קרוז. "זו הולכת להיות תקופה מרגשת מאוד להיות חלק משיתוף הפעולה של DESI."
החל מיולי, Leauthaud תשמש כדוברת של המאמץ – הכרוך בתפקידי מארגן מוביל – כך שהיא ממוקמת בצורה מושלמת לספק עדכונים. פרופסורים אחרים משתפים פעולה באוניברסיטת סנטה קרוז כוללים את קוני רוקוזי וג'יי קסבייר פרוצ'אסקה, גם הם באסטרונומיה ואסטרופיזיקה.
רוקוזי הובילה את הזמנת הכלי בטלסקופ 4 מטר מאיאל במצפה הכוכבים הלאומי של קיט פיק, ותפקידה הנוכחי הוא כמדענית מכשירים, ועוזרת לשמור על הפעלתו במצב מעולה. בנוסף, הפרופסורים מעניקים כבוד ל"צוות פנומנלי" של סטודנטים לתואר ראשון, סטודנטים לתואר שני ופוסט-דוקטורטים באוניברסיטת קליפורניה, שהיו מעורבים עמוקות בפרויקט – ביקור בטלסקופ באריזונה על בסיס קבוע כדי לעזור בתצפיות.
לפענח את מסתורי האנרגיה האפלה
כפי שהוסבר בהודעה של המעבדה הלאומית לורנס ברקלי, שבה מבוססת DESI: "ההבנה כיצד היקום שלנו התפתח קשורה לאופן שבו הוא מסתיים, ולאחת התעלומות הגדולות בפיזיקה: אנרגיה אפלה, המרכיב הלא ידוע שגורם ליקום שלנו להתרחב מהר יותר ויותר".
זו הפעם הראשונה שמדענים מדדו את היסטוריית ההתפשטות של היקום הצעיר בדיוק של יותר מ-1% – מה שנותן לנו את הראייה הטובה ביותר שלנו עד כה על האופן שבו היקום התפתח. חוקרים שיתפו את הניתוח של שנתם הראשונה של נתונים שנאספו במספר מאמרים שיתפרסמו היום ב-arXiv ובשיחות במפגש של האגודה האמריקנית לפיזיקה בארצות הברית וב-Rencontres de Moriond באיטליה.
בסרטון 360 מעלות זה, צאו בטיסה אינטראקטיבית דרך מיליוני גלקסיות הממופות באמצעות נתוני קואורדינטות מ-DESI. קרדיט: פלנטריום Fiske, CU Boulder ושיתוף פעולה DESI
סוון היידנריך, חוקר פוסט-דוקטורט באוניברסיטת סנטה קרוז, חובש כובעים מרובים ב-DESI: משרת בוועדה למדענים בתחילת הקריירה, מבצע מדידות גלקסיה לגלקסיה עם המכשיר, ומוביל קבוצת עבודה שחוזאת תרחישים שונים להמשך פוטנציאלי של משימת DESI.
"המטרה היא למדוד כיצד גלקסיות DESI מתכופפות ומעוותות את האור מגלקסיות רחוקות יותר הממוקמות מאחוריהן, אפקט המכונה עדשות כבידה", אמר היידנריך, שבילה שבוע באתר בקיט פיק בסוף 2023. "אלה מדידות יהיו חיוניות לניתוח כיצד גלקסיות מושפעות מהתפלגות החומר האפל המקיף אותן. יתרה מכך, התוצאות יעזרו לשפר את הבנתנו את הפרמטרים המתארים את המודל הנוכחי שלנו של הרכב היקום והתפתחותו".
מכונת זמן של 11 טון
הרכיבים של DESI מתוכננים להצביע אוטומטית על קבוצות שנבחרו מראש של גלקסיות, לאסוף את האור שלהן, ואז לפצל את האור הזה לרצועות צבע צרות כדי למפות במדויק את המרחק שלהם מכדור הארץ ולאמוד כמה היקום התרחב בזמן שהאור הזה נסע לכדור הארץ. בתנאים אידיאליים, DESI יכולה לעבור דרך קבוצה חדשה של 5,000 גלקסיות כל 20 דקות.
על ידי מיפוי חוזר ונשנה של המרחק למיליונים רבים של גלקסיות וקוואזרים על פני שליש משטח השמים במהלך חמש השנים האחרונות, DESI מלמד אותנו יותר על אנרגיה אפלה ועל ההיסטוריה של היקום. ההבנה הנוכחית שלנו היא שכוח הכבידה האט את קצב ההתפשטות ביקום המוקדם, אך מאז האנרגיה האפלה האיצה את התפשטותה.
הדיוק הכולל של DESI בהיסטוריית ההתרחבות לאורך כל 11 מיליארד השנים הוא 0.5%, והתקופה הרחוקה ביותר – המכסה 8-11 מיליארד שנים בעבר – היא בעלת דיוק שיא של 0.82%. המדידה הזו של היקום הצעיר שלנו היא קשה להפליא. עם זאת, בתוך שנה אחת, DESI הפכה להיות חזקה פי שניים במדידת היסטוריית ההתרחבות בזמנים מוקדמים אלה מקודמו (BOSS/eBOSS של Sloan Digital Sky Survey), שנמשכה יותר מעשור.
כשמסתכלים על המפה של DESI, קל לראות את המבנה הבסיסי של היקום: גדילי גלקסיות מקובצים יחד, מופרדים על ידי חללים עם פחות עצמים. היקום המוקדם שלנו, הרבה מעבר להשקפתו של DESI, היה שונה לגמרי: מרק חם וצפוף של חלקיקים תת-אטומיים נעים מהר מדי כדי ליצור חומר יציב כמו האטומים שאנו מכירים היום. בין אותם חלקיקים היו גרעיני מימן והליום, הנקראים ביחד בריונים.
תנודות זעירות במינון מוקדם זה פְּלַסמָה גרם לגלי לחץ, והזיז את הבריון לתבנית של אדוות הדומה למה שהיית רואה אם היית זורקת חופן חצץ לבריכה. כשהיקום התרחב והתקרר, נוצרו אטומים ניטרליים וגלי הלחץ נעצרו, מקפיאים את האדוות בתלת מימד ומגדילים את התקבצותן של גלקסיות עתידיות באזורים הצפופים. מיליארדי שנים מאוחר יותר, אנו עדיין יכולים לראות את התבנית הקלושה הזו של אדוות תלת-ממדיות, או בועות, בהפרדה האופיינית של גלקסיות – תכונה הנקראת תנודות אקוסטיות באריון (BAOs).
אנימציה זו מראה כיצד תנודות אקוסטיות באריון פועלות כשליט קוסמי למדידת התפשטות היקום. קרדיט: שיתוף הפעולה של קלייר לממן/DESI ומעבדת ג'ני נוס/ברקלי
חוקרים משתמשים במדידות BAO כשליט קוסמי. על ידי מדידת הגודל הנראה של הבועות הללו, הם יכולים לקבוע מרחקים לחומר האחראי לתבנית הקלושה ביותר הזו בשמים. מיפוי בועות ה-BAO הן בקרבת והן הרחוקה מאפשר לחוקרים לחתוך את הנתונים לגושים, למדוד כמה מהר היקום התרחב בכל פעם בעברו ולמדול כיצד אנרגיה אפלה משפיעה על ההתפשטות הזו.
"מדדנו את היסטוריית ההתרחבות על פני טווח עצום זה של זמן קוסמי בדיוק שעולה על כל סקרי ה-BAO הקודמים ביחד", אמר Hee-Jong Seo, פרופסור באוניברסיטת אוהיו ומנהיג שותף בניתוח BAO של DESI. "אנחנו מאוד נרגשים ללמוד כיצד המדידות החדשות הללו ישפרו וישנו את ההבנה שלנו על הקוסמוס. לבני אדם יש קסם נצחי מהיקום שלנו, שהם רוצים לדעת גם ממה הוא עשוי ומה יקרה לו".
למידע נוסף על תוצאות אלו, ראה אנרגיה אפלה שנחשפה באמצעות המפה התלת-ממדית הגדולה ביותר של היקום שנוצרה אי פעם.
DESI נתמך על ידי משרד המדע של DOE ועל ידי המרכז הלאומי למחשוב מדעי לחקר האנרגיה, מתקן משתמש של משרד המדע של DOE. תמיכה נוספת עבור DESI ניתנת על ידי הקרן הלאומית למדע בארה"ב; מועצת מתקני המדע והטכנולוגיה של בריטניה; קרן גורדון ובטי מור; קרן הייסינג-סיימון; הוועדה הצרפתית לאנרגיות חלופיות ואנרגיה אטומית (CEA); המועצה הלאומית למדעי הרוח, המדעים והטכנולוגיות של מקסיקו; משרד המדע והחדשנות של ספרד; ועל ידי המוסדות החברים ב-DESI.
שיתוף הפעולה של DESI מתכבד להיות מורשה לערוך מחקר מדעי על Iolkam Du'ag (Kitt Peak), הר בעל חשיבות מיוחדת לאומה של Tohono O'odham.
