Spesso per studiare l’enorme numero di corpi celesti che danzano nel cosmo sfruttiamo gli indizi che ci forniscono i loro spettri elettromagnetici. Composti da una serie di linee poste le une accanto alle altre, gli spettri ci rivelano informazioni come la composizione chimica degli oggetti osservati, le loro distanze, le velocità relative. Questi dati sono fondamentali ai ricercatori per cercare e comprendere la misteriosa energia oscura. Una componente del cosmo presente nei modelli teorici finora più accreditati, e che guida l’accelerazione dell’espansione dell’Universo su vaste distanze cosmiche.

Lo strumento Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), che ha completato i suoi quattro mesi di prova, è stato pensato proprio per questo compito. E’ nato da una collaborazione scientifica internazionale gestita dal Berkeley Lab del Dipartimento dell’Energia degli USA. DESI risiede presso il telescopio da 4 metri Nicholas U. Mayall al Kitt Peak National Observatory in Arizona, un programma del NOIRLab, e ora potrà dare inizio al suo lavoro.

DESI riuscirà a raccogliere la luce di circa 30 milioni di galassie, fornendo set di dati che saranno utilizzati da tutta la comunità scientifica per gli studi in ambito astrofisico. Inoltre, permetterà di costruire una mappa 3D dell’Universo con dettagli senza precedenti.

DESI: 5000 occhi sulla Terra per scandagliare il cielo

L’istallazione di DESI sul telescopio Mayall rende l’insieme dei due la migliore macchina di rilevamento astronomico del pianeta.

Il piano focale di DESI trasporta 5000 posizionatori robotici che ruotano per concentrarsi individualmente sulle galassie. Questi piccoli robot tengono ciascuno un cavo in fibra ottica che raccoglie la luce che ha circa la larghezza media di un capello umano, e quindi fungono da occhi di DESI. Occorrono circa 10 secondi affinché i posizionatori ruotino su una nuova sequenza di galassie mirate. Con la sua velocità di rilevamento senza precedenti, DESI mapperà almeno 10 volte più oggetti rispetto a qualsiasi esperimento precedente.

Il piano focale è alimentato da ottiche correttrici che forniscono un campo visivo di 3 gradi di diametro. Le fibre ottiche montate sui posizionatori si estendono per 50 metri lungo il telescopio per alimentare 10 spettrografi a banda larga, ciascuno contenente tre rivelatori. In condizioni ideali, DESI può osservare un nuovo campione di 5000 galassie ogni 20 minuti!

“L’esperimento DESI è un eccellente esempio della straordinaria scienza che può essere raggiunta quando le agenzie governative collaborano per ottenere il massimo dalle strutture dell’osservatorio nazionale come il telescopio Mayall” afferma Chris Davis, direttore del programma NSF per NOIRLab.

Quali marce in più avrà DESI rispetto ai predecessori?

Nei quattro mesi di prova, la strumentazione personalizzata di DESI ha catturato quattro milioni di spettri test, più dell’output combinato di tutti i precedenti sondaggi spettroscopici. A parlare delle innovazioni vere e proprie di questo nuovo spettrografo rispetto ai predecessori è Michael Levi del Berkeley Lab, direttore del progetto:

Misureremo dieci volte più spettri galattici di quanti ne abbiamo mai ottenuti, e questi spettri ci daranno una terza dimensione. Invece di immagini bidimensionali di galassie, quasar e altri oggetti distanti, lo strumento raccoglie luce dal cosmo in modo tale che diventi una vera macchina del tempo 3D che arriva fino a 11 miliardi di anni fa.

DESI include nuove ottiche che aumentano il campo visivo del telescopio, e i 5000 occhi robotici che lo caratterizzano saranno essenziali nel corso delle sue osservazioni. “Non stiamo utilizzando i telescopi più grandi” dice David Schlegel, il Project Scientist di DESI. “E’ che gli strumenti sono migliori e altamente multiplati, il che significa che possiamo catturare la luce da molti oggetti diversi contemporaneamente.”

Catturare la luce per mappare l’Universo…

In una notte, quando il telescopio viene spostato in una posizione target, le fibre ottiche di DESI si allineano per raccogliere la luce dalle galassie mentre viene riflessa dallo specchio del telescopio. Da lì, la luce viene immessa in un banco di rivelatori e telecamere CCD per ulteriori elaborazioni e studi.

“È davvero una fabbrica quella che abbiamo, una fabbrica di spettri” ha detto il cosmologo Christophe Yeche. “In una notte buona, raccogliamo spettri da circa 150.000 oggetti.”

Questa resa si traduce in un’enorme mole di dati che saranno di enorme importanza per gli scienziati. Già solo quelli dei test di prova eseguiti negli scorsi mesi hanno permesso di effettuare scoperte interessanti, come l’individuazione di 120 nuove lenti gravitazionali (ne parliamo in questo articolo). Ma ora che lavorerà a pieno regime, il vero ruolo di DESI è un altro: quello di sondare l’oscurità del cosmo per svelarci i suoi più oscuri segreti.

…alla ricerca della misteriosa energia oscura

Il programma scientifico di DESI consentirà ai ricercatori di affrontare due domande: cos’è l’energia oscura e fino a che punto la gravità segue le leggi della relatività generale, che costituiscono la base della nostra comprensione del cosmo.

Mentre l’Universo si espande, infatti, le galassie si allontanano e la loro luce si sposta verso lunghezze d’onda più lunghe e rosse. Più è distante la galassia, maggiore è lo spostamento verso il rosso. Misurando questo spostamento sugli spettri ottenuti con DESI, i ricercatori creeranno una mappa 3D dell’Universo. Il team di DESI prevede che la distribuzione dettagliata delle galassie nella mappa fornirà nuove intuizioni sull’influenza e la natura dell’energia oscura.

“L’energia oscura è uno dei motori scientifici chiave per DESI” afferma il co-portavoce del progetto Kyle Dawson, professore presso l’Università dello Utah. “L’obiettivo non è tanto quello di scoprire quant’è, sappiamo che circa il 70% dell’energia nell’Universo oggi è energia oscura, ma di studiarne le proprietà“.

Sappiamo che l’Universo si sta espandendo a una velocità determinata dal suo contenuto energetico totale. Mentre DESI guarda nello spazio e nel tempo, possiamo scattare fotografie risalenti a oggi, ieri, 2 miliardi di anni fa e il più indietro possibile nel tempo. Una volta compreso il contenuto di energia in queste istantanee, sarà possibile vedere come il nostro Universo si stia evolvendo. E cosa questo implichi.

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