DESI obre els seus 5000 «ulls» per capturar els colors del cosmos

29/10/2019

Un nou instrument instal·lat en un telescopi a Arizona (EUA) i que observarà una xifra rècord de galàxies i quàsars, ha completat la seva primera observació de llum en apuntar els seus 5000 «ulls» de fibra òptica cap al cosmos, aquest passada nit, del 28 d’octubre, per posar a prova la seva visió única de l’univers.

Es tracta del Dark Energy Spectroscopic Instrument, conegut com DESI, la instal·lació de qui està a punt de finalitzar.  L'instrument està dissenyat per explorar el misteri de l'energia fosca, que constitueix aproximadament el 68 % de l'univers i que és responsable de la seva expansió accelerada. Per aconseguir-ho, DESI observarà durant 5 anys un terç del cel amb l'objectiu de mapejar la distància entre la Terra i 35 milions de galàxies, més altres 2,4 milions de quàsars. L'instrument iniciarà les observacions científiques a principis de 2020.

El mapa tridimensional més detallat de l’univers

Com si fos una poderosa màquina del temps, DESI indagarà en la infància de l'univers i la seva evolució primerenca (fa uns 11 000 milions d'anys) per crear el mapa tridimensional més detallat de l'univers fet fins ara.

DESI també proporcionarà mesures molt precises de la velocitat d'expansió de l'univers i de com aquesta ha variat en el temps. La gravetat alentia aquesta expansió en l'univers primitiu però, des d'aleshores, l'acció de l'energia fosca ha estat responsable d'accelerar la seva expansió.
 
«Després d'una dècada de planificació i R+D, instal·lació i muntatge, estem encantats que DESI pugui començar aviat la seva recerca per desentranyar el misteri de l'energia fosca», diu el director de DESI, Michael Levi, del Lawrence Berkeley National Laboratory del Departament d'Energia (Berkeley Lab), la institució d’EUA que lidera la construcció i les operacions de DESI.
 
«El misteri de la matèria i l’energia fosques són un repte per entendre com es comporta l’univers. Els experiments d’última generació com DESI són la millor manera d’avançar per  desentranyar aquesta enigmes», afegeix Ramon Miquel, l’investigador principal del projecte l’IFAE.

DESI està dissenyat per apuntar automàticament a conjunts de galàxies preseleccionades i recol·lectar-ne la seva llum per després dispersar-la en bandes estretes de color. Això permetrà determinar amb gran precisió la velocitat amb què les galàxies s'allunyen de nosaltres, conèixer la seva distància a la Terra i mesurar quant es va expandir l'univers a mesura que aquesta llum viatjava fins a nosaltres. En condicions ideals, DESI pot mesurar un nou conjunt de 5000 galàxies cada 20 minuts.

5000 «ulls» robotitzats de fibra òptica

La col·laboració DESI compta amb la participació de prop de 500 investigadors de 75 institucions de 13 països. En els últims 18 mesos, es van enviar els components de l’instrument des d’aquestes institucions, repartides per tot el món, al telescopi Nicholas U. Mayall, situat al Kitt Peak National Observatory (Arizona, EUA), on s’han instal·lat.

El mirall primari de l'instrument, de 4 metres de diàmetre, i el conjunt de lents correctores, de prop d'un metre de diàmetre cadascuna, proporcionen a DESI un gran camp de visió. El pla focal de l'instrument està compost per 10 pètals en forma de falca, cadascun dels quals conté 500 posicionadors robòtics i una petita càmera que permet enfocar, alinear i apuntar el telescopi per recollir la llum de les galàxies de forma òptima. Els petits robots posicionadors, que sostenen cadascuna de les fibres òptiques que recullen la llum, són com els ulls de DESI.

DESI és capaç, en només 10 segons, de reposicionar automàticament totes les fibres òptiques i enfocar un nou conjunt de galàxies. Gràcies a aquesta velocitat podrà mapejar més de 20 vegades més objectes còsmics que qualsevol instrument anterior.

«DESI no solament contribuirà a millorar de manera substancial la nostra comprensió de l'energia fosca, sinó que també suposarà nou coneixement sobre els neutrins, les partícules més esquives conegudes, perquè és capaç de mesurar la seva influència en l'evolució de l'univers», matisa Eusebio Sánchez, l'investigador principal de DESI al CIEMAT.

Entre els últims components instal·lats es troba el conjunt d’espectrògrafs dissenyats per dividir la llum recol·lectada en tres bandes de color separades i permetre així mesures precises de la distància de les galàxies observades. Aquests espectrògrafs, que permeten que els ulls robòtics de DESI «vegin» fins i tot galàxies llunyanes i febles, estan dissenyats per mesurar el desplaçament al vermell, que és un canvi en el color dels objectes còsmics a longituds d'ona més llargues i més vermelles a causa de que s'allunyen de nosaltres.

«La possibilitat de poder observar tantes galàxies simultàniament i mesurar-ne la seva distància obtenint el seu espectre ha requerit d’un desenvolupament tecnològic necessari per poder produir un instrument de tant alta precisió», afegeix Francisco Castander, com a investigador principal de l'ICE-CSIC i l'IEEC.

Contribució del grup Barcelona-Madrid al projecte DESI

La contribució instrumental a DESI del Barcelona-Madrid Regional Participation Group, format per investigadors de l'IFAE, l'ICE-CSIC, l'IEEC, el CIEMAT i l'IFT-UAM, ha estat el disseny, la construcció i la instal·lació del sistema complet de guiat , enfocament i alineament del telescopi (GFA, per Guiding, Focusing and Alignment system). Aquest sistema està compost per 10 càmeres, cadascuna d'elles instal·lada en un dels pètals del pla focal de l'instrument que, com el seu nom indica, s'encarreguen de l'enfocament, guiat i alineació del telescopi per tal que els posicionadors robòtics puguin recollir la llum de les galàxies en condicions òptimes. Aquesta contribució ha estat liderada per l'IFAE, on s'ha realitzat la construcció de les càmeres, amb la col·laboració de l'ICE, l'IEEC, el CIEMAT i l'IFT. A més, l'ICE i l'IEEC han liderat la producció del programari per poder apuntar tot l'instrument adequadament.

«La producció de les càmeres d’autoguiat ha suposat un esforç molt gran de tot el nostre equip, on hem hagut de superar molts reptes tecnològics en uns temps molt ajustats», apunta Laia Cardiel-Sas, de l'IFAE i coordinadora de l'equip d'enginyers. «El nostre equip està molt satisfet del rendiment de les nostres càmeres un cop instal·lades en l'instrument», afegeix Otger Ballester, enginyer de l'IFAE.

«Poder apuntar un telescopi que pesa 260 tones amb una precisió de micres, amb les nostres càmeres i el programari que hem desenvolupat suposa una immensa satisfacció», conclou Santiago Serrano, enginyer de l'ICE-CSIC i l'IEEC.

La colaboració Dark Energy Spectroscopic Instrument

DESI està finançat per les següents institucions: l’Oficina de Ciència del Departament d’ Energia dels Estats Units; la Fundació Nacional de la Ciència dels Estats Units; la Divisió de Ciències Astronòmiques sota contracte amb l’Observatori Nacional d’Astronomia Òptica; el Consell d’Instal·lacions Científiques i Tecnològiques del Regne Unit; la Fundació Gordon and Betty Moore; la Fundació Heising-Simons; la Comissió Francesa d’Energies Alternatives i Energia Atòmica (CEA); el Consell Nacional de Ciència i Tecnologia de Mèxic; el Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats d'Espanya i les institucions membres de DESI. Els científics de DESI se senten honrats que se'ls permeti dur a terme investigacions astronòmiques al lolkam Du'a (Kitt Peak, Arizona), una muntanya amb particular significat per a la nació Tohono O'odham.
 
El Centre d'Investigacions Energètiques, Mediambientals i Tecnològiques (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) i l’Instituto de Física Teórica (UAM-CSIC) participen a DESI mitjançant el Barcelona–Madrid RPG. L'Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) i l'Instituto de Física Teórica (UAM-CSIC) participen a DESI a través del Granada–Madrid–Tenerife RPG. També participen investigadors de l'Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB).