الطاقة المظلمة هي القوة الغامضة التي تقود تمدد الكون. لا نعرف ما هي الطاقة المظلمة ، رغم أنها تشكل حوالي 68٪ من الكون. والتوسع يتسارع ، الأمر الذي يزيد من الغموض.
أداة جديدة تسمى أداة طيفية للطاقة المظلمة (DESI) سوف تدرس الطاقة المظلمة. إنها تفعل ذلك بـ 5000 'عين' آلية جديدة.
أعطى العلماء والمهندسون تلسكوب مايال في مرصد قمة كيت الوطني 5000 عين ألياف بصرية جديدة. التلسكوب الذي يبلغ طوله 4 أمتار (13 قدمًا) يعمل منذ عام 1973 ، ولكن يتم إعادة تشغيله لغرض واحد: استكشاف الطاقة المظلمة كأداة التحليل الطيفي للطاقة المظلمة (DESI.) ستعمل عيونها الجديدة البالغ عددها 5000 على رسم المسافة بين الأرض و ملايين المجرات والكوازارات.
'ستسمح لنا الخرائط غير المسبوقة من DESI بقياس كيفية توسع الكون بمرور الوقت ، لنرى كيف تتنافس الجاذبية والطاقة المظلمة لسحب ودفع المواد بعيدًا.'
البروفيسور دانيال آيزنشتاين ، مركز الفيزياء الفلكية | هارفارد وسميثسونيان ، المتحدث باسم DESI المشارك
DESI هو تعاون بين ما يقرب من 500 باحث في 75 مؤسسة مختلفة في 13 دولة. لقد استغرق الأمر عقدًا من الزمان للوصول إلى هذه الصورة الأولى للضوء من المجرات البعيدة. لكن هذه الصورة النموذجية هي مجرد طعم لما سيأتي.
يوجد في قلب DESI 5000 جهاز استشعار من الألياف الضوئية ، يتم التحكم في كل منها آليًا. توجد المستشعرات خلف المستوى البؤري للعدسات التي تشكل باقي النطاق.
تشير DESI تلقائيًا إلى مجموعات محددة مسبقًا من المجرات ، وتجمع ضوءها ، ثم تقسم ذلك الضوء إلى نطاقات ضيقة من الألوان لتعيين المسافة بينها وبين الأرض بدقة. يمكنه قياس مدى توسع الكون أثناء انتقال هذا الضوء إلى الأرض. في الظروف المثالية ، يمكن لـ DESI أن تتنقل عبر مجموعة جديدة من 5000 مجرة كل 20 دقيقة.
يمكن أن تغطي 'العيون' الطيفية الـ 5000 لـ DESI مساحة من السماء تزيد بحوالي 38 مرة عن مساحة البدر ، كما يظهر في تراكب المستوى البؤري لـ DESI في سماء الليل (أعلى). داستن لانغ ، آرون ميسنر ، DESI Collaboration / تخيل عارض السماء ؛ ناسا / JPL-Caltech / UCLA ؛ و استطلاعات التراث مشروع
قال مايكل ليفي ، مدير DESI من وزارة الطاقة: 'بعد عقد من التخطيط والبحث والتطوير والتركيب والتجميع ، يسعدنا أن تبدأ DESI قريبًا سعيها لكشف لغز الطاقة المظلمة' مختبر لورنس بيركلي الوطني (Berkeley Lab) ، المؤسسة الرائدة لبناء وعمليات DESI.
وأضاف ليفي: 'معظم مادة الكون وطاقته مظلمة وغير معروفة ، وتجارب الجيل التالي مثل DESI هي أفضل رهان لكشف هذه الألغاز'. 'يسعدني أن أرى هذه التجربة الجديدة تنبض بالحياة.'
الجزء الداخلي من تلسكوب مايال 4 أمتار في مرصد قمة كيت الوطني في ولاية أريزونا. حقوق الصورة: Kitt Peak / DESI
تأتي قوة DESI من قدرتها على قياس 5000 مجرة في وقت واحد ، واحدة مع كل من مجسات الألياف البصرية الروبوتية. يمثل كل جهاز استشعار عرض شعرة الإنسان ، وفي حالة جيدة يمكنه التركيز على هدف جديد في حوالي ثانيتين. هذا يعني أنه في غضون دقيقة واحدة فقط ، يمكن لـ DESI التحول من مجموعة واحدة من 5000 مجرة إلى مجموعة أخرى من 5000 مجرة.
من المستشعرات ، ينتقل الضوء المنبعث من هذه المجرات البعيدة والكوازارات على طول شبكة من كابلات الألياف الضوئية بطول 241 كيلومترًا (150 ميلًا) إلى أجهزة قياس الطيف. تقسم أجهزة الطيف الضوء إلى آلاف الأطوال الموجية. يتوسع الكون ، والمجرات البعيدة تبتعد عنا أسرع من المجرات القريبة. من خلال فصل الضوء من هذه المجرات البعيدة وقياس الأطوال الموجية الممتدة ، يمكن للعلماء تحديد مدى سرعة ابتعاد كل مجرة عنا.
إحدى 'البتلات' أو 'الأوتاد' العشر لـ DESI ، مع تثبيت بعض أجهزة الاستشعار الخاصة بها. يحتوي كل إسفين على 500 جهاز استشعار من الألياف الضوئية ، مع التحكم في كل جهاز استشعار آليًا لاستهداف هدف منفصل. معًا ، يمكن لـ DESI قياس 5000 مجرة أو كوازارات في وقت واحد. حقوق الصورة: Berkeley Lab.
'لا تتناثر المجرات عشوائيًا في الفضاء ، ولكنها بدلاً من ذلك تشكل نمطًا معقدًا يمكننا من خلاله التعرف على تكوين الكون وتاريخه.'
البروفيسور دانيال آيزنستين ، مركز الاستروفاسيكس | هارفارد وسميثسونيان ، المتحدث المساعد المشارك في DESI
تستخدم DESI سرعات ومسافات المجرات لإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد للكون. نظرًا لأنه سريع جدًا ، ويمكنه استهداف مجموعة من 5000 مجرة وكوازارات مختلفة بسرعة كبيرة ، فإن DESI سترسم 20 مرة كائنات أكثر من أي سلف. معًا ، ستقوم DESI بقياس 35 مليون مجرة و 2.4 مليون كوازار ورسم خرائط لها.
البروفيسور دانيال آيزنشتاين من مركز الفيزياء الفلكية | تعمل جامعة هارفارد وسميثسونيان كمتحدث رسمي مشارك عن التعاون. في خبر صحفى قال ، 'المجرات لا تتناثر عشوائياً في الفضاء ، ولكنها تشكل بدلاً من ذلك نمطًا معقدًا يمكننا من خلاله التعرف على تكوين الكون وتاريخه. ستسمح لنا الخرائط غير المسبوقة من DESI بقياس كيفية توسع الكون بمرور الوقت ، لنرى كيف تتنافس الجاذبية والطاقة المظلمة لسحب ودفع المواد بعيدًا '.
لكن خريطة الكون ثلاثية الأبعاد DESI ستفعل أكثر من مجرد إلقاء الضوء على الطاقة المظلمة. وسينتج مجموعة بيانات قيّمة للغاية من المعلومات الطيفية التي يمكن استخدامها لمعالجة مشاكل البحث في الفيزياء الفلكية الأخرى.
الطاقة المظلمة هي القوة الغامضة التي تدفع تمدد الكون ، وهذا التوسع يكتسب سرعة. حقوق الصورة: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
البروفيسور دوجلاس فينكباينر مركز الفيزياء الفلكية | هارفارد وسميثسونيان يوضح ، 'أحد الجوانب الجميلة لـ DESI هو القدرة على الجمع بين معايرة دقيقة وأدوات إحصائية جديدة مع الحجم الأولي لمجموعة البيانات. إنني أتطلع إلى فرصة DESI ليس فقط لدراسة الطاقة المظلمة ، ولكن مجرة درب التبانة ، والمجرات ، والكوازارات ، وكل شيء بينهما '.
يعد تصميم وبناء وتركيب واختبار جهاز مثل DESI مهمة هائلة. ولكن من منظور آخر ، يبدأ العمل حقًا فقط بمجرد أن يضع العلماء أيديهم على بيانات DESI. وكما رأينا مع بعض التعهدات ، مثل مهمة كاسيني على سبيل المثال ، فإن الجهد العلمي لفهم البيانات يستمر لفترة طويلة بعد انتهاء المهمة. ويمكن أن تكون هذه البيانات مليئة بالمفاجآت.
'أنا متحمس حقًا لرؤية ما اكتشفناه ولم نكن نبحث عنه حتى.'
باركر فاجريليوس ، عالم مشروع ، مختبر بيركلي الوطني
يقول آيزنشتاين: 'تستغرق هذه المشاريع الكبيرة سنوات في الإنشاء ، وسنوات للتشغيل ، وسنوات لفهمها'. 'لن تكون DESI ممكنة بدون التزام مئات الأشخاص ، الذين اجتمعوا معًا لتحقيق هذه الأهداف. من نواح كثيرة ، هذه هي متعة وإرث هذه الاستطلاعات '.
قال باركر فاجريليوس ، عالم المشروع في مختبر بيركلي الوطني: 'أعتقد أن كمية البيانات التي سنكون قادرين على جمعها ستفتح المزيد من الأسئلة والأجوبة في الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات التي لا نعرف حتى الآن أن نسألها'. . 'أنا متحمس حقًا لرؤية ما اكتشفناه ولم نكن نبحث عنه حتى.'
أكثر:
- خبر صحفى: DESI تفتح عيونها الـ 5000 لالتقاط ألوان الكون
- أداة طيفية للطاقة المظلمة
- فيديو مختبر بيركلي: صنع أكبر خريطة ثلاثية الأبعاد للكون