Một kính viễn vọng 45 tuổi sẽ có được một bản nâng cấp công nghệ cao cho phép nó tìm kiếm câu trả lời cho những câu hỏi khó hiểu nhất trong thiên văn học, bao gồm sự tồn tại của năng lượng tối, một lực vô hình giả định có thể thúc đẩy sự mở rộng của vũ trụ.
Kính thiên văn Nicholas U. Mayall ở Arizona đã đóng cửa đầu tuần này để chuẩn bị cho việc lắp đặt một thiết bị nặng 9 tấn, sẽ có 5.000 robot kích thước bút chì nhắm vào các cảm biến sợi quang ở các thiên hà xa xôi.
Cứ sau 20 phút, các robot xoay sẽ định vị lại để cho phép thiết bị - được gọi là Thiết bị quang phổ năng lượng tối (DESI) - thu được một phần mới của bầu trời. Mười thiết bị cực kỳ mạnh mẽ được gọi là máy quang phổ sau đó sẽ phân tích ánh sáng từ các vật thể ở xa được các cảm biến thu được và tạo ra thứ được mô tả là bản đồ 3D lớn nhất và chi tiết nhất của vũ trụ cho đến nay.
"Chúng tôi bắt đầu với một thiết kế ý tưởng cho nhạc cụ vào năm 2010," Joseph Silber, một kỹ sư dự án DESI làm việc tại Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley của Đại học California, cho biết trong một tuyên bố. "Nó dựa trên khoa học đã được thực hiện trên thiết bị khảo sát quang phổ dao động Baryon (BOSS). Nhưng tất cả đều được thực hiện bằng robot thay vì thủ công."
Thiết bị BOSS, tại Đài thiên văn Apache Point ở New Mexico, có 1.000 sợi quang có thể phát hiện tín hiệu ánh sáng từ các thiên hà nhỏ nhất và xa nhất. Đối với DESI, các kỹ sư đã sử dụng số sợi nhiều gấp năm lần. Các nhà nghiên cứu BOSS phải sử dụng các tấm kim loại có lỗ khoan cẩn thận để hướng các sợi quang về phía mục tiêu của họ. Đối với mỗi phần của bầu trời họ muốn chụp ảnh, các kỹ sư cần tạo ra các tấm mới và gắn chúng lên kính viễn vọng. Trong trường hợp của DESI, các robot sẽ làm tất cả công việc khó khăn, làm tăng đáng kể tốc độ quét, các nhà nghiên cứu cho biết.
"Có 5.000 robot riêng lẻ và mỗi robot điều khiển một sợi quang", Silber nói với Live Science. "Sợi quang sau đó được chuyển khoảng 50 mét xuống kính viễn vọng đến một phòng riêng biệt nơi các thiết bị quang phổ rất lớn và nhạy này được lắp đặt."
Bằng cách đo bước sóng ánh sáng đến từ các thiên hà xa xôi (hoặc bất kỳ thiên thể nào) thay đổi, các nhà nghiên cứu sẽ có thể tìm ra chúng ở cách xa và các thiên hà đang di chuyển ra xa như thế nào. Khi một vật thể đang di chuyển ra xa chúng ta, ánh sáng của nó sẽ chuyển sang phần màu đỏ của quang phổ ánh sáng (bước sóng dài hơn) và đó là lý do tại sao nó được gọi là dịch chuyển đỏ.
Quy mô và độ phức tạp của bản đồ sẽ giúp các nhà khoa học hiểu được năng lượng tối và lực hấp dẫn đã cạnh tranh như thế nào trong suốt quá trình tiến hóa của vũ trụ. Năng lượng tối là lực chưa được chứng minh cạnh tranh với trọng lực và gây ra sự giãn nở đang gia tăng của vũ trụ. Người ta ước tính rằng năng lượng tối chiếm tới 68% tổng năng lượng có trong vũ trụ.
Độ nhạy của thiết bị sẽ cho phép các nhà thiên văn nhìn thấy các thiên hà ở rất xa đến nỗi ánh sáng của chúng truyền tới Trái đất nhiều tỷ năm. Các nhà nghiên cứu cho biết thiết bị này, bằng cách nhìn vào khoảng thời gian ánh sáng để chiếu tới nó, sẽ cho phép họ nhìn lại khoảng 11 tỷ năm trước.
"Một trong những cách chính mà chúng ta tìm hiểu về vũ trụ vô hình là bởi những tác động tinh tế của nó đối với sự tập hợp của các thiên hà", đồng phát ngôn viên của DESI Collaboration, Daniel Eisenstein, Đại học Harvard nói. "Các bản đồ mới từ DESI sẽ cung cấp một mức độ nhạy cảm mới tinh tế trong nghiên cứu vũ trụ học của chúng tôi."
Trong năm năm hoạt động theo kế hoạch của mình, DESI sẽ đo vận tốc của khoảng 30 triệu thiên hà và các quasar - các hố đen siêu lớn được bao quanh bởi một đĩa vật liệu quay quanh, theo Brenna Flaugher, một nhà khoa học dự án DESI, người đứng đầu Bộ Vật lý thiên văn tại Máy gia tốc quốc gia Fermi Phòng thí nghiệm.
"Thay vì mỗi lần một lần, chúng ta có thể đo vận tốc của 5.000 thiên hà tại một thời điểm", cô nói.
Công cụ này, một sự hợp tác giữa 71 tổ chức nghiên cứu, sẽ thu thập dữ liệu gấp 10 lần so với người tiền nhiệm của nó, BOSS.
"Dự án này là tất cả về việc tạo ra một lượng dữ liệu khổng lồ", Giám đốc DESI Michael Levi thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) của Bộ Năng lượng, người đứng đầu dự án cho biết. Các nhà nghiên cứu sẽ sử dụng dữ liệu trong các mô phỏng máy tính của vũ trụ.
Silber và nhóm của ông đã sản xuất 3.000 robot định vị và lắp đặt chúng thành những cánh hoa hình nêm sẽ được nhúng vào mặt phẳng tiêu cự của thiết bị. Sáu ống kính của DESI hiện đang được điều trị cuối cùng tại Đại học College London và sẽ được chuyển đến Hoa Kỳ vào mùa xuân này để việc lắp đặt các thành phần có thể bắt đầu.
DESI dự kiến sẽ thực hiện các phép đo đầu tiên vào mùa xuân năm 2019.
