DESI heeft meer dan 47 miljoen sterrenstelsels en quasars in kaart gebracht en daarmee de grootste 3D-kaart van ons heelal met hoge resolutie tot nu toe gecreëerd. Vanwege de uitstekende prestaties van het instrument en aanwijzingen dat donkere energie mogelijk verandert, zal DESI de waarnemingen voortzetten tot in 2028 en de kaart verder uitbreiden.
DESI is gebouwd met financiering van het Office of Science van het Amerikaanse Ministerie van Energie en is gemonteerd op de 4-meter telescoop van de Amerikaanse National Science Foundation, de Nicholas U. Mayall. Gisteravond richtten de 5000 glasvezelogen van het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) zich op een stukje hemel nabij de Kleine Beer. Ongeveer elke 20 minuten richtten ze zich op verre lichtpuntjes en verzamelden ze fotonen die miljarden jaren naar de aarde waren gereisd. Toen de zon opkwam, vierden de DESI-medewerkers de voltooiing van een belangrijke mijlpaal: het succesvol in kaart brengen van het gehele gebied op de geplande DESI-kaart van het heelal. Het vijfjarige onderzoek, dat eerder dan gepland werd afgerond en veel meer gegevens opleverde dan verwacht, heeft de grootste hoge-resolutie 3D-kaart van het heelal opgeleverd die ooit is gemaakt. Onderzoekers gebruiken die kaart om donkere energie te onderzoeken, het fundamentele bestanddeel dat ongeveer 70% van ons heelal uitmaakt en de versnelde uitdijing ervan aandrijft.
DESI’s zoektocht naar inzicht in donkere energie is een wereldwijd project. Het internationale experiment brengt de expertise van meer dan 900 onderzoekers (waaronder 300 promovendi) van meer dan 70 instellingen samen. Het project wordt geleid door het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het Amerikaanse Ministerie van Energie (DOE), en het instrument is gebouwd en wordt geëxploiteerd met financiering van het DOE Office of Science. DESI is gemonteerd op de Nicholas U. Mayall 4-meter telescoop van de Amerikaanse National Science Foundation (NSF) in het NSF Kitt Peak National Observatory (KPNO) in Arizona, een programma van NSF NOIRLab. Door de clustering van sterrenstelsels in het verleden te vergelijken met hun huidige verspreiding, kunnen onderzoekers de invloed van donkere energie over 11 miljard jaar kosmische geschiedenis traceren. Verrassende resultaten op basis van de eerste drie jaar aan gegevens van DESI suggereerden dat donkere energie, ooit beschouwd als een ‘kosmologische constante’, in de loop van de tijd zou kunnen evolueren. Met de volledige set van vijf jaar aan gegevens zullen onderzoekers aanzienlijk meer informatie hebben om te testen of die suggestie verdwijnt of sterker wordt. Als dit wordt bevestigd, zou dit een belangrijke verschuiving betekenen in hoe we denken over ons universum en zijn mogelijke lot, dat afhangt van het evenwicht tussen materie en donkere energie.
“Het is onmogelijk om alles te beschrijven wat er nodig was om van DESI zo’n succesvol experiment te maken. Van instrumentbouwers en software-ingenieurs tot technici, observatorium medewerkers en wetenschappers, waaronder veel beginnende onderzoekers, er was echt een hele gemeenschap voor nodig”, zegt Stephanie Juneau, associate astronomer en vertegenwoordiger van NSF NOIRLab voor DESI. “Uiteindelijk doen we dit voor de hele mensheid, om ons heelal en het uiteindelijke lot ervan beter te begrijpen. Nu we aanwijzingen hebben gevonden dat donkere energie mogelijk afwijkt van een constante, wat dat lot zou kunnen veranderen, zit ik op het puntje van mijn stoel terwijl we de nieuwe kaart analyseren om te zien of die aanwijzingen worden bevestigd. Ik ben ook erg geïntrigeerd door de vele andere ontdekkingen die in deze nieuwe dataset op ons wachten.”
“Het Dark Energy Spectroscopic Instrument heeft werkelijk alle verwachtingen overtroffen en heeft een ongekende 3D-kaart van het heelal opgeleverd die ons begrip van donkere energie ingrijpend zal veranderen,” zegt Kathy Turner, programmamanager voor de Cosmic Frontier bij het Office of High Energy Physics van het Amerikaanse Ministerie van Energie. “ Vanaf het begin hadden we een project voor ogen dat de grenzen van de kosmologie zou verleggen, en het is ongelooflijk bevredigend om te zien dat de eerste verkenning zo spectaculair succesvol is afgerond, eerder dan gepland en met zulke rijke gegevens. De toewijding en vindingrijkheid van de hele DESI-samenwerking hebben deze toonaangevende wetenschap tot werkelijkheid gemaakt, en ik ben enorm trots op de baanbrekende resultaten die we nu al zien en de ontdekkingen die nog zullen volgen terwijl we de mysteries van onze kosmos blijven verkennen.”
“Het vijfjarige onderzoek van DESI is spectaculair succesvol geweest,” zegt Michael Levi, directeur van DESI en wetenschapper bij Berkeley Lab. “Het instrument presteerde beter dan verwacht. De resultaten zijn ongelooflijk spannend. En de omvang en reikwijdte van de kaart, en hoe snel we deze hebben kunnen uitvoeren, is fenomenaal. We gaan de voltooiing van het oorspronkelijke onderzoek vieren en dan aan de slag gaan met het doorploegen van de gegevens, want we zijn allemaal benieuwd welke nieuwe verrassingen ons te wachten staan.” DESI heeft nu kosmologische gegevens verzameld van zes keer zoveel sterrenstelsels en quasars als alle eerdere metingen samen. De samenwerking zal onmiddellijk beginnen met het verwerken van de voltooide dataset, waarbij de eerste resultaten over donkere energie uit het volledige vijfjarige onderzoek naar verwachting in 2027 zullen verschijnen. Ondertussen blijven de DESI-medewerkers de gegevens van de eerste drie jaar van het onderzoek analyseren, waarbij ze de metingen van donkere energie verfijnen en aanvullende resultaten over de structuur en evolutie van het heelal produceren, met verschillende publicaties gepland voor later dit jaar.
DESI is in mei 2021 begonnen met het verzamelen van gegevens. Sindsdien heeft het instrument de oorspronkelijke doelstellingen van het samenwerkingsverband ruimschoots overtroffen. Het plan was om tijdens het vijfjarige hemelonderzoek licht van 34 miljoen sterrenstelsels en quasars (uiterst ver weg gelegen maar heldere objecten met zwarte gaten in hun kern) vast te leggen. DESI heeft in plaats daarvan meer dan 47 miljoen sterrenstelsels en quasars waargenomen, evenals 20 miljoen sterren. Het succes van het project is nog indrukwekkender gezien de verschillende uitdagingen. DESI is een ingewikkeld apparaat met duizenden onderdelen die onderhouden moeten worden. In 2020 werden de laatste tests van het instrument onderbroken door de COVID-19-pandemie. In 2022 raasde de Contreras-brand over Kitt Peak, maar dankzij de inspanningen van brandweerlieden en personeel liep de telescoop geen schade op. De herstelwerkzaamheden werden vertraagd door moessons en modderstromen.
DESI zal tot en met 2028 waarnemingen blijven uitvoeren en zijn kaart met ongeveer 20% uitbreiden, van 14.000 vierkante graden naar 17.000 vierkante graden. (Ter vergelijking: de maan beslaat ongeveer 0,2 vierkante graden en de volledige hemel beslaat meer dan 41.000 vierkante graden). De uitgebreide kaart zal delen van de hemel bestrijken die moeilijker te observeren zijn: gebieden die dichter bij het vlak van de Melkweg liggen, waar heldere sterren in de buurt het moeilijker kunnen maken om verder weg gelegen objecten te zien, of verder naar het zuiden, waar de telescoop rekening moet houden met het feit dat hij door een groter deel van de aardatmosfeer moet kijken. Het experiment zal ook het bestaande gebied van de kaart opnieuw bezoeken om gegevens te verzamelen van een nieuwe reeks sterrenstelsels: verder weg gelegen, zwakkere “lichtgevende rode sterrenstelsels”. Deze zullen een nog dichtere, gedetailleerdere kaart opleveren van de regio’s die DESI al heeft bestreken, waardoor onderzoekers een duidelijker beeld krijgen van de geschiedenis van het heelal. Onderzoekers zullen ook nabije dwergsterrenstelsels en sterrenstroom bestuderen, banden van sterren die door de zwaartekracht van de Melkweg uit kleinere sterrenstelsels zijn weggerukt. De hoop is om donkere materie beter te begrijpen, de onzichtbare vorm van materie die het grootste deel van de massa in het heelal uitmaakt, maar nog nooit direct is waargenomen.
Bron: NOIRLab
