Un télescope de 45 ans va obtenir une mise à niveau de haute technologie qui lui permettra de rechercher des réponses aux questions les plus déroutantes de l'astronomie, y compris l'existence de l'énergie sombre, une force invisible hypothétique qui pourrait être à l'origine de l'expansion de l'univers.
Le télescope Nicholas U. Mayall en Arizona a fermé ses portes plus tôt cette semaine pour préparer l'installation d'un appareil de 9 tonnes qui comprendra 5000 robots de la taille d'un crayon visant des capteurs à fibre optique dans des galaxies éloignées.
Toutes les 20 minutes, les robots pivotants se repositionneront pour permettre à l'instrument - appelé Dark Spectroscopic Instrument (DESI) - de capturer une nouvelle partie du ciel. Dix instruments extrêmement puissants appelés spectrographes analyseront ensuite la lumière des objets distants capturés par les capteurs et créeront ce qui a été décrit comme la carte 3D la plus grande et la plus détaillée de l'univers à ce jour.
"Nous avons commencé avec la conception conceptuelle de l'instrument en 2010", a déclaré dans un communiqué Joseph Silber, ingénieur de projet DESI qui travaille au laboratoire Lawrence Berkeley de l'Université de Californie. "Il est basé sur la science qui a été réalisée sur l'instrument Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). Mais tout est fait de manière robotique plutôt que manuelle."
L'instrument BOSS, à l'observatoire d'Apache Point au Nouveau-Mexique, comprend 1 000 fibres optiques qui peuvent détecter les signaux lumineux des galaxies les plus faibles et les plus éloignées. Pour DESI, les ingénieurs ont utilisé cinq fois plus de fibres. Les chercheurs de BOSS doivent utiliser des plaques métalliques avec des trous soigneusement percés pour diriger les fibres optiques vers leurs cibles. Pour chaque partie du ciel qu'ils souhaitent imager, les ingénieurs doivent créer de nouvelles plaques et les monter sur le télescope. Dans le cas de DESI, les robots feront tout le travail acharné, augmentant considérablement la vitesse de numérisation, ont déclaré les chercheurs.
"Il y a 5 000 robots individuels et chacun pilote une fibre optique", a déclaré Silber à Live Science. "La fibre optique est ensuite acheminée à environ 50 mètres le long du télescope vers une pièce séparée où ces instruments de spectrographe très grands et sensibles sont installés."
En mesurant comment la longueur d'onde de la lumière provenant de galaxies éloignées (ou de tout objet céleste) change, les chercheurs seront en mesure de déterminer à quelle distance ils sont et à quelle vitesse les galaxies s'éloignent. Lorsqu'un objet s'éloigne de nous, sa lumière se déplace vers la partie rouge du spectre lumineux (une longueur d'onde plus longue), et c'est pourquoi il est appelé redshift.
L'échelle et la complexité de la carte aideront les scientifiques à comprendre comment l'énergie sombre et la gravité ont concurrencé tout au long de l'évolution de l'univers. L'énergie noire est la force encore non prouvée qui rivalise avec la gravité et provoque l'expansion accélérée de l'univers. On estime que l'énergie sombre représente jusqu'à 68% de l'énergie totale présente dans l'univers.
La sensibilité de l'instrument permettra aux astronomes de voir des galaxies si éloignées que leur lumière se rend sur Terre plusieurs milliards d'années. Les chercheurs ont déclaré que l'instrument, en regardant le temps qu'il faut à la lumière pour l'atteindre, leur permettrait de voir en arrière il y a 11 milliards d'années.
"L'un des principaux moyens que nous apprenons sur l'univers invisible est par ses effets subtils sur le regroupement des galaxies", a déclaré Daniel Eisenstein, co-porte-parole de DESI Collaboration, de l'Université Harvard. "Les nouvelles cartes de DESI fourniront un nouveau niveau de sensibilité exquis dans notre étude de la cosmologie."
Selon Brenna Flaugher, scientifique du projet DESI qui dirige le département d'astrophysique de Fermi National Accelerator, DESI mesurera au cours de ses cinq années d'exploitation prévues des vitesses de quelque 30 millions de galaxies et quasars - des trous noirs supermassifs entourés d'un disque de matériau en orbite. Laboratoire.
"Au lieu d'une à la fois, nous pouvons mesurer les vitesses de 5 000 galaxies à la fois", a-t-elle déclaré.
L'instrument, une collaboration entre 71 institutions de recherche, capturera environ 10 fois plus de données que son prédécesseur, BOSS.
"Ce projet consiste à générer d'énormes quantités de données", a déclaré Michael Levi, directeur du DESI du Lawrence Berkeley National Laboratory du Département de l'énergie (Berkeley Lab), qui dirige le projet. Les chercheurs utiliseront les données dans des simulations informatiques d'univers.
Silber et son équipe ont déjà produit 3 000 robots de positionnement et les ont installés dans des pétales en forme de coin qui seront intégrés dans le plan focal de l'instrument. Les six lentilles DESI sont actuellement en cours de traitement final à l'University College London et seront expédiées aux États-Unis ce printemps afin que l'installation des composants puisse commencer.
DESI devrait effectuer ses premières mesures au printemps 2019.
