Highlight

Comença la presa de dades de l'Instrument Espectroscòpic per a l'Energia Fosca (DESI)

May 17, 2021

  • L’inici de DESI es produeix després d’un període de proves que ha batut rècords en el nombre d’objectes observats
  • La col·laboració internacional, que compta amb una important participació espanyola, té com a objectiu la construcció d’un mapa 3D de l’univers que desentranyi la natura de la misteriosa energia fosca

Mayall

Avui comença oficialment una investigació de cinc anys per cartografiar l’univers i revelar els misteris de l’energia fosca amb l’Instrument Espectroscòpic per a l’Energia Fosca (DESI, per les sigles en anglès). Situat a l’Observatori Nacional de Kitt Peak (prop de Tucson, Arizona, Estats Units), aquest instrument capturarà i estudiarà la llum de desenes de milions de galàxies i d’altres objectes distants de l’Univers.

Enregistrar la llum d’uns 30 milions de galàxies ajudarà els científics del projecte DESI a construir un mapa de l’Univers en 3D amb un detall sense precedents. Les dades els permetran entendre millor la força de gravetat repulsiva associada amb l’energia fosca que produeix l’acceleració de l’expansió de l’Univers en les enormes distàncies còsmiques.

“DESI ens permetrà observar deu vegades més galàxies que els cartografiats anteriors i estudiar l’evolució de l’Univers des de fa 11 milions d’anys fins a l’actualitat”, va explicar Héctor Gil Marín, investigador de l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB) i de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), que codirigeix la primera anàlisi dels mapes de galàxies. El telescopi DESI recull llum, o espectres, de galàxies i quàsars, el que permet mesurar la seva velocitat de recessió. “Sabem que com més lluny de nosaltres és l’objecte, més gran és la seva velocitat de recessió, el que ens permet construir un mapa de l’Univers en 3D”, va explicar Gil Marín.

“DESI és el pioner d’una nova generació d’instruments a tot el món que estudiaran l’energia fosca des de diferents angles”, va dir Andreu Font Ribera, cosmòleg de l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) que codirigeix la primera anàlisi dels quàsars més distants. L’investigador afegeix que el programa científic permetrà abordar amb precisió dues preguntes principals: què és l’energia fosca; i el grau en què la força de la gravetat segueix les lleis de la relativitat general, que formen la base de la nostra comprensió del cosmos.

Andromeda Galaxy (M31) targeted by a single DESI pointing
L'instrument DESI, representat per la superfície circular en verd pàl·lid superposat a la imatge de la galàxia d'Andròmeda (M31), que cobreix una porció de més de 3 graus de cel. Els cercles petits, dins de la superfície circular de DESI, representen les regions de cel accessible a cadascun dels 5.000 posicionadors robòtics de fibres òptiques. En aquesta mostra els 5.000 espectres recollits per DESI de forma simultània inclouen, a més de les estrelles pertanyents a la galàxia d'Andròmeda, galàxies distants i quàsars. L'espectre representat a la imatge correspon a un quàsar distant amb una edat d'11 mil milions d'anys (Crèdit: Col·laboració DESI i Legacy Imaging Surveys). Credit: DESI collaboration and DESI Legacy Imaging Surveys

“Ha portat deu anys d’esforç avançar des del disseny de l’instrument fins aquest moment en que DESI comença a prendre unes dades que revolucionaran la nostra comprensió de l’Univers”, diu Violeta González Pérez, científica a la Universitat Autònoma de Madrid, que és una de les coordinadores del desenvolupament de simulacions computacionals de les observacions de DESI.

Inici prometedor per a un instrument pioner

L’inici formal del cartografiat DESI es produeix després d’un període de proves de quatre mesos de durada, durant el qual la instrumentació ha capturat fins a quatre millions d’espectres de galàxies - més que la suma de tots els cartografiats espectroscòpics anteriors.L’instrument DESI està instal·lat al renovat telescopi de quatre metres, Nicholas U. Mayall, de l’Observatori Nacional de Kitt Peak, pertanyent a la Fundació Nacional de Ciència dels Estats Units i administrat per NOIRLab. L’instrument inclou una nova òptica que augmenta el camp de visió del telescopi i 5.000 fibres òptiques controlades robòticament, capaces d’obtenir simultàniament espectres de 5.000 objectes astronòmics.

“El que té d’especial DESI no és tant el telescopi com l’instrument”, diu Otger Ballester, enginyer de l’IFAE que ha format part de l’equip que va desenvolupar les càmeres de guiatge, enfocament i alineació per a DESI, una de les contribucions espanyoles al projecte. De fet, l’instrument “pot recollir simultàniament llum de 5.000 objectes diferents i obtenir-ne els espectres en només 20 minuts”, va dir Ballester. A mesura que el telescopi es mou a una nova posició de destinació, les fibres òptiques s’alineen per recollir la llum de les galàxies que es reflecteix en el mirall del telescopi. Des d’allà, la llum alimenta un banc d’espectrògrafs i càmeres CCD per al seu posterior processament i estudi. En una bona nit, DESI pot registrar espectres d’uns 150.000 objectes.

DESI Plano Focal
Imatge d'una petita secció del pla focal de DESI, on es mostra cada un dels posicionadors robòtics. A la imatge, les fibres òptiques instal·lades en els posicionadors estan retroil·luminades amb llum blava. Credit: DESI collaboration

“L’excel·lent capacitat de DESI per recol·lectar espectres també es deu al programari de l’instrument", diu Santiago Serrano, enginyer de l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC) i de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), que ha desenvolupat part dels algorismes necessaris per guiar el telescopi. Serrano reconeix l’inestimable esforç de desenes de científics a Espanya i a arreu del món que han fet possible l’instrument i l’experiment.

Desplaçament al vermell i energia fosca

Els espectres recollits per DESI són els components de la llum, anàlegs als colors de l’arc de Sant Martí. Les seves característiques, que inclouen la longitud d’ona, donen informacions com ara la composició química dels objectes astronòmics observats o la seva distància i velocitat relatives.

A mesura que l’Univers s’expandeix, les galàxies s’allunyen les unes de les altres i la seva llum es desplaça a longituds d’ona més llargues i vermelles. Com més distant és la galàxia, més gran és el desplaçament al vermell del seu espectre. En mesurar-ho, els investigadors de DESI crearan un mapa en 3D de l’Univers. S’espera que la distribució detallada de les galàxies al mapa incrementi el coneixement sobre la influència i la naturalesa de l’energia fosca.

“Esbrinar les propietats de la misteriosa energia fosca és el principal objectiu de DESI”, va dir Licia Verde, professora ICREA a l’ICCUB. “Sabem que en l’actualitat el 70% del contingut energètic de l’Univers està format per energia fosca, però sabem molt poc sobre les seves propietats”.

“L’energia fosca determina la taxa d’expansió de l’Univers”, explica Verde. “Mentre l’instrument DESI mira cap a l’espai i el temps”, diu, “podem observar simultàniament l’Univers a diferents èpoques i, en comparar-les, descobrir com evoluciona el contingut d’energia a mesura que l’Univers envelleix”.

La col·laboració Dark Energy Spectroscopic Instrument

DESI està finançada per les següents institucions: U.S. Department of Energy’s Office of Science; National Science Foundation dels Estats Units; Division of Astronomical Sciences sota contracte amb el National Optical Astronomy Observatory; Science and Technologies Facilities Council del Regne Unit; Fundació Gordon and Betty Moore; Fundació Heising-Simons; French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA); Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México; Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades d’Espanya i les institucions membres de DESI. Els científics de DESI se senten honrats que se’ls permeti dur a terme les investigacions astronòmiques en el lolkam Du’a (Kitt Peak, Arizona), una muntanya amb un particular significat per a la nació Tohono O’odham. Participen a DESI el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC), l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), l' Instituto de Física Teórica (IFT) de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y CSIC, l’Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) i l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB). La llista completa de les institucions participants i més informació sobre DESI està disponible a: https://www.desi.lbl.gov.