Mengungkap Energi Gelap dan Ekspansi Kosmik Dengan Mesin Waktu Seberat 11 Ton

Instrumen Spektroskopi Energi Gelap (DESI), dipasang pada teleskop di Arizona, telah menciptakan peta kosmos 3-D terbesar, memetakan lebih dari 30 juta galaksi dan 3 juta quasar. Tugas besar ini, yang merupakan hasil kolaborasi lebih dari 900 peneliti, membantu kita memahami perluasan alam semesta dan peran energi gelap.

Kita sekarang memiliki peta 3D kosmos terbesar yang pernah dibuat, berkat instrumen canggih yang dipasang di atas teleskop di Arizona dengan susunan robot yang terdiri dari 5.000 “mata” serat optik yang melihat ke langit malam. Selama lima tahun terakhir, Instrumen Spektroskopi Energi Gelap—yang dikenal di kalangan sains sebagai DESI—telah mengukur spektrum lebih dari 30 juta galaksi dan 3 juta quasar untuk menentukan seberapa cepat alam semesta berkembang selama 11 miliar tahun.

Pengumuman DESI merupakan hasil kolaborasi internasional berkelanjutan yang terdiri dari lebih dari 900 peneliti dari lebih dari 70 institusi, termasuk astronom di UC Santa Cruz yang berperan sebagai pemimpin dalam proyek tersebut.

Namun, meskipun berita ini begitu besar, mereka mengatakan itu hanyalah permulaan.

Penemuan Perintis dan Visi Masa Depan

“Jika tren yang ditunjukkan dalam kumpulan data tahun pertama ini dikonfirmasi dalam analisis Tahun Ketiga kami, ini akan menjadi penemuan besar,” kata kosmolog Alexie Leauthaud, profesor di Departemen Astronomi dan Astrofisika UC Santa Cruz. “Ini akan menjadi saat yang sangat menyenangkan untuk menjadi bagian dari kolaborasi DESI.”

Rockosi memimpin pembuatan instrumen tersebut di teleskop Mayall setinggi 4 meter di Observatorium Nasional Kitt Peak, dan perannya saat ini adalah sebagai ilmuwan instrumen, membantu menjaganya tetap dalam kondisi prima. Selain itu, para profesor memuji “tim fenomenal” yang terdiri dari mahasiswa sarjana, mahasiswa pascasarjana, dan pascadoktoral UC Santa Cruz yang telah terlibat secara mendalam dengan proyek ini—mengunjungi teleskop di Arizona secara teratur untuk membantu observasi.

Mengungkap Misteri Energi Gelap

Sebagaimana dijelaskan dalam pengumuman dari Lawrence Berkeley National Laboratory, tempat DESI bermarkas: “Memahami bagaimana alam semesta kita berevolusi terkait dengan bagaimana alam semesta berakhir, dan pada salah satu misteri terbesar dalam fisika: energi gelap, bahan tak diketahui yang menyebabkan alam semesta kita berevolusi. berkembang lebih cepat dan lebih cepat.”

Ini adalah pertama kalinya para ilmuwan mengukur sejarah perluasan alam semesta muda dengan presisi lebih dari 1%—memberi kita pandangan terbaik tentang bagaimana alam semesta berevolusi. Para peneliti berbagi analisis data yang dikumpulkan pada tahun pertama mereka di berbagai makalah yang akan diposting hari ini di arXiv dan dalam pembicaraan di pertemuan American Physical Society di Amerika Serikat dan Rencontres de Moriond di Italia.

Dalam video 360 derajat ini, lakukan penerbangan interaktif melintasi jutaan galaksi yang dipetakan menggunakan data koordinat dari DESI. Kredit: Planetarium Fiske, kolaborasi CU Boulder dan DESI

Sven Heydenreich, seorang peneliti pascadoktoral di UC Santa Cruz, mempunyai banyak jabatan di DESI: bertugas di komisi untuk ilmuwan awal karir, melakukan pengukuran galaksi-ke-galaksi dengan instrumen, dan ikut memimpin kelompok kerja yang meramalkan berbagai skenario. untuk potensi kelanjutan misi DESI.

“Tujuannya adalah untuk mengukur bagaimana galaksi DESI membengkokkan dan mendistorsi cahaya dari galaksi yang lebih jauh di belakangnya, sebuah efek yang dikenal sebagai pelensaan gravitasi,” kata Heydenreich, yang menghabiskan seminggu di lokasi di Kitt Peak pada akhir tahun 2023. “Ini adalah sebuah efek yang dikenal sebagai pelensaan gravitasi.” Pengukuran akan sangat penting untuk menganalisis bagaimana galaksi dipengaruhi oleh distribusi materi gelap di sekitarnya. Selain itu, hasilnya akan membantu meningkatkan pemahaman kita tentang parameter yang menggambarkan model komposisi dan evolusi alam semesta saat ini.”

Mesin Waktu Seberat 11 Ton

Komponen DESI dirancang untuk secara otomatis menunjuk ke kumpulan galaksi yang telah dipilih sebelumnya, mengumpulkan cahayanya, dan kemudian membagi cahaya tersebut menjadi pita warna sempit untuk secara tepat memetakan jaraknya dari Bumi dan mengukur seberapa besar perluasan alam semesta saat cahaya ini bergerak ke Bumi. Dalam kondisi ideal, DESI dapat menelusuri 5.000 galaksi baru setiap 20 menit.

Dengan berulang kali memetakan jarak jutaan galaksi dan quasar di sepertiga luas langit selama lima tahun terakhir, DESI mengajarkan kita lebih banyak tentang energi gelap dan sejarah alam semesta. Pemahaman kita saat ini adalah bahwa gravitasi memperlambat laju perluasan alam semesta awal, namun energi gelap telah mempercepat perluasannya.

Ketepatan DESI secara keseluruhan pada sejarah ekspansi selama 11 miliar tahun adalah 0,5%, dan zaman terjauh—yang mencakup 8-11 miliar tahun yang lalu—memiliki rekor presisi sebesar 0,82%. Pengukuran terhadap alam semesta muda kita ini sangatlah sulit dilakukan. Namun dalam satu tahun, DESI menjadi dua kali lebih kuat dalam mengukur sejarah ekspansi pada masa-masa awal dibandingkan pendahulunya (BOSS/eBOSS dari Sloan Digital Sky Survey), yang membutuhkan waktu lebih dari satu dekade.

Melihat peta DESI, mudah untuk melihat struktur yang mendasari alam semesta: sekelompok galaksi, dipisahkan oleh ruang kosong dengan objek yang lebih sedikit. Alam semesta awal kita, jauh di luar pandangan DESI, sangat berbeda: kumpulan partikel subatom yang panas dan padat yang bergerak terlalu cepat untuk membentuk materi stabil seperti atom yang kita kenal sekarang. Di antara partikel-partikel ini terdapat inti hidrogen dan helium, yang secara kolektif disebut baryon.

Fluktuasi kecil pada masa terionisasi awal ini plasma menyebabkan gelombang tekanan, menggerakkan baryon menjadi pola riak yang mirip dengan apa yang Anda lihat jika Anda melemparkan segenggam kerikil ke dalam kolam. Ketika alam semesta mengembang dan mendingin, atom-atom netral terbentuk dan gelombang tekanan berhenti, membekukan riak-riak dalam tiga dimensi dan meningkatkan pengelompokan galaksi-galaksi masa depan di wilayah-wilayah padat. Miliaran tahun kemudian, kita masih dapat melihat pola samar riak atau gelembung 3D dalam karakteristik pemisahan galaksi—fitur yang disebut Baryon Acoustic Oscillations (BAOs).

Animasi ini menunjukkan bagaimana osilasi akustik baryon bertindak sebagai penggaris kosmik untuk mengukur perluasan alam semesta. Kredit: Kolaborasi Claire Lamman/DESI dan Jenny Nuss/Berkeley Lab

Peneliti menggunakan pengukuran BAO sebagai penggaris kosmik. Dengan mengukur ukuran gelembung-gelembung ini, mereka dapat menentukan jarak ke materi yang menyebabkan pola sangat redup di langit ini. Memetakan gelembung BAO baik dekat maupun jauh memungkinkan para peneliti membagi data menjadi beberapa bagian, mengukur seberapa cepat alam semesta berkembang setiap saat di masa lalu dan memodelkan bagaimana energi gelap mempengaruhi perluasan tersebut.

“Kami telah mengukur sejarah perluasan dalam rentang waktu kosmik yang sangat besar ini dengan presisi yang melampaui gabungan semua survei BAO sebelumnya,” kata Hee-Jong Seo, profesor di Universitas Ohio dan salah satu pemimpin analisis BAO DESI. “Kami sangat gembira mengetahui bagaimana pengukuran baru ini akan meningkatkan dan mengubah pemahaman kita tentang kosmos. Manusia memiliki daya tarik abadi terhadap alam semesta, ingin mengetahui bahan penyusunnya dan apa yang akan terjadi padanya.”

Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai hasil ini, lihat Energi Gelap Terungkap Melalui Peta 3D Alam Semesta Terbesar yang Pernah Dibuat.

DESI didukung oleh DOE Office of Science dan National Energy Research Scientific Computing Center, fasilitas pengguna DOE Office of Science. Dukungan tambahan untuk DESI disediakan oleh US National Science Foundation; Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi Inggris; Yayasan Gordon dan Betty Moore; Yayasan Heising-Simons; Komisi Energi Alternatif dan Energi Atom Perancis (CEA); Dewan Nasional Humaniora, Ilmu Pengetahuan, dan Teknologi Meksiko; Kementerian Sains dan Inovasi Spanyol; dan oleh lembaga anggota DESI.

Kolaborasi DESI merasa terhormat diizinkan melakukan penelitian ilmiah di Iolkam Du’ag (Puncak Kitt), sebuah gunung yang memiliki arti penting bagi Bangsa Tohono O’odham.