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

Investigadors de l’Institut de Física d'Altes Energies (IFAE), l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC), l’Institut de Ciències del Cosmos (ICC, UB), l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC),  el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) i el Instituto de Física Teórica (IFT, UAM-CSIC) participen en el projecte.

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 la passada nit del 22 al 23 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. «Després de diversos anys de treball dins de la gran família de la col·laboració DESI, estem molt contents de veure les primeres proves realitzades amb èxit de l'instrument i esperem amb il·lusió els resultats científics que vindran després d'iniciar les operacions», afirmar Ricard Casas, també investigador de l’ICE-CSIC i de l’IEEC.

Com a Unitat de Recerca, l’Institut de Ciències del Cosmos (ICC-UB) també participa al projecte DESI. Liderat per la professora ICREA Licia Verde, l’equip analitzarà i interpretarà les imminents observacions durant els propers 5 anys. L’investigador de l’ICC-UB i de l’IEEC Héctor Gil-Marín explica: «DESI veurà l’univers com cap altre instrument ha pogut fer-ho, pel que la precisió serà màxima. Esperen que la informació resultant sigui el més imparcial, transparent i fiable possible», emfatitza.

Enllaços

– IEEC
– Pàgina de DESI a la pàgina web de l’IEEC
– ICE-CSIC
– ICC-UB
– Pàgina web de DESI
 
Més informació

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 en el projecte investigadors de l'Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB), com a Unitat de Recerca.

La llista completa d'institucions participants i més informació sobre DESI està disponible en el següent enllaç: https://www.desi.lbl.gov.

L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) promou i coordina la recerca i el desenvolupament tecnològic espacial a Catalunya en benefici de la societat. L’IEEC fomenta les col·laboracions tant a nivell local com mundial, i és un eficient agent de transferència de coneixement, innovació i tecnologia.  Com a resultat de més de 20 anys de recerca d’alta qualitat, duta a terme en col·laboració amb les principals organitzacions internacionals, l’IEEC es troba entre els millors centres d’investigació internacionals centrats en àrees com: l’astrofísica, la cosmologia, les ciències planetàries i l’observació de la Terra. La divisió d’enginyeria de l’IEEC desenvolupa instrumentació per a projectes terrestres i espacials, i té una àmplia experiència treballant amb organitzacions privades i públiques del sector aeroespacial així com altres sectors d’innovació.   

L’IEEC és una fundació privada sense ànim de lucre regida per un Patronat compost per la Generalitat de Catalunya i unes altres quatre institucions amb una unitat científica cadascuna, que en conjunt constitueixen el nucli de l’activitat d’I+D de l’IEEC: la Universitat de Barcelona (UB) amb la unitat científica ICCUB – Institut de Ciències del Cosmos; la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) amb la unitat científica CERES – Centre d’Estudis i Recerca Espacials; la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) amb la unitat científica CTE – Grup de Recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai; i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) amb la unitat científica ICE – Institut de Ciències de l’Espai. L’IEEC està integrat en la xarxa CERCA (Centres de Recerca de Catalunya).

Imatges

PR_Image1
Peu d’imatge: Vista de tot el pla focal de DESI, on s'aprecien els 5000 posicionadors robòtics, cadascun dels quals conté una fibra òptica que capta la llum de les galàxies. També es veuen les càmeres GFA, la contribució dels grups espanyols de DESI i que han estat construïdes a l'IFAE. Una d'elles en primer pla, a la part central inferior de la imatge.
Crèdit: Col·laboració DESI.

PR_Image2
Peu d'imatge: Els 5000 ulls espectroscòpics de DESI cobreixen una àrea del cel unes 38 vegades més gran que la lluna plena, com es veu a la part superior de la imatge, on es superposa la zona coberta pel pla focal de DESI sobre el cel nocturn. Cada un d'aquests ulls controlats robóticamente pot posar una fibra òptica sobre un objecte per recollir-ne la seva llum (el cercle vermell indica la localització d'un únic posicionador). La llum recollida d'una petita regió de la Galàxia del Triangle per una única fibra òptica es descompon en un espectre (part inferior de la imatge) que revela les traces dels elements presents en la galàxia i ajuda a mesurar a quina distància es troba ubicada. DESI va recollir l'espectre que es mostra aquí el passat 22 d'octubre de el 2019.
Crèdit: Dustin Lang, Aaron Meisner, col·laboración DESI/Imagine Sky Viewer; NASA/JPL-Caltech/UCLA; i el projecte Legacy Surveys.

PR_Image3
Peu d'imatge: El primer dels 10 pètals en forma de falca per al projecte DESI està totalment equipat amb 500 prims posicionadors robòtics. Aquests posicionadors giraran independentment per recollir la llum d'una seqüència preprogramada d'objectes espacials, incloent galàxies i quàsars.
Crèdit: Lawrence Berkeley National Laboratory.
Llicència: © 2010 La direcció de la Universitat de Califòrnia, a través del Lawrence Berkeley National Laboratory.

PR_Image4
Peu d’imatge: Les trajectòries estel·lars al voltant de l'Observatori Nacional Kitt Peak en aquesta imatge de llarga exposició. L'edifici de 4 metres del telescopi Mayall, a la dreta, allotjarà DESI.
Crèdit: P. Marenfeld i NOAO/AURA/NSF, Lawrence Berkeley National Laboratory.
Llicència: © 2010 La direcció de la University of California, a través del Lawrence Berkeley National Laboratory.

PR_Image5
Peu d’imatge: Una vista de l'interior del Telescopi Mayall en l'Observatori Nacional Kitt Peak.
Crèdit: Marilyn Chung/Lawrence Berkeley National Laboratory.
Llicència: © 2010 La direcció de la University of California, a través del Lawrence Berkeley National Laboratory.

Vídeos

PR_Vídeo1 La realització del mapa 3D més gran de l'univers
Peu de vídeo: En aquest vídeo, els participants del projecte DESI comparteixen la seva visió i entusiasme sobre el projecte i el seu potencial per a nous i inesperats descobriments.
Crèdit: Laboratori Nacional Lawrence Berkeley.
 
PR_Vídeo2 Robots que recullen la llum
Peu de vídeo: Aquest vídeo mostra una sèrie de posicionadors robòtics de DESI, cadascun equipat amb un cable de fibra òptica que recollirà la llum de galàxies distants i altres objectes espacials. Els posicionadors, que es mouen de forma independent per apuntar a una seqüència preprogramada d'objectes, encaixen perfectament en un pètal en forma de falca que conté 500 robots. El conjunt complet inclourà 10 pètals i 5000 robots.
Crèdit: Marilyn Chung/Lawrence Berkeley National Laboratory.

Contactes

Oficina de Comunicació de l'IEEC
Barcelona
Rosa Rodríguez Gasén
Correu electrònic: comunicacio@ieec.cat 

Investigadors principals de l’ICE-CSIC/IEEC a DESI
Barcelona
Francisco J. Castander
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC)
Correu electrònic: fjc@ieec.cat 

Enrique Gaztañaga
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC)
Correu electrònic: gazta@ieec.cat 

Investigador de l’ICC-UB/IEEC a DESI
Héctor Gil
Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Institut de Ciències del Cosmos (ICC, UB)
Correu electrònic: hectorgil@icc.ub.edu