Khi Thiết bị quang phổ năng lượng tối (DESI) kích hoạt 5.000 ‘mắt’ robot của nó, các nhà khoa học hy vọng sẽ làm sáng tỏ những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ học. Chúng tôi đã nói chuyện với Giáo sư Daniel Eisenstein, giáo sư thiên văn học tại Đại học Harvard và là đồng phát ngôn viên của DESI, để tìm hiểu thêm về dự án.
Chúng ta không biết năng lượng tối là gì. Mục tiêu của DESI là điều tra nguyên nhân của tốc độ giãn nở ngày càng nhanh của Vũ trụ, thường được cho là do năng lượng tối đẩy mọi thứ ra xa nhau.
DESI sẽ cố gắng đo tốc độ này chính xác hơn để chúng ta có thể hiểu rõ hơn về loại lý thuyết năng lượng tối có thể giải thích các quan sát.
Nhiệm vụ chính của DESI là đo sự dịch chuyển đỏ của các thiên hà. Khi Vũ trụ mở rộng, bước sóng của ánh sáng từ các vật thể ở xa bị kéo dài. Đây được gọi là dịch chuyển đỏ vũ trụ.
Thật khó để đo khoảng cách khi bạn nhìn vào các thiên hà. Bạn không thể dễ dàng nhìn thấy đó là thiên hà lớn ở xa hay thiên hà nhỏ ở gần, nhưng khoảng cách và dịch chuyển đỏ có liên quan chặt chẽ với nhau.
Khi bạn đo dịch chuyển đỏ, bạn đang biến hình ảnh 2D của bầu trời thành bản đồ 3D.
Vấn đề là bạn không biết quy mô nội tại. Khi bạn nhìn vào bản đồ đường đi, có một chìa khóa, và hóa ra tự nhiên đã in một thanh tỷ lệ rất khó phát hiện vào bản đồ các thiên hà.
DESI được thiết kế để đo đủ các thiên hà và tạo ra một bản đồ đủ lớn để chúng ta thực sự có thể phát hiện ra tín hiệu tinh vi này, thứ mang lại tỷ lệ.
Khi bạn có cái này, bạn có thể tìm ra khoảng cách thực sự của các thiên hà.
DESI tạo bản đồ bằng cách đo quang phổ của hàng triệu thiên hà. Mỗi quang phổ được lấy từ ánh sáng của một thiên hà cụ thể, trải rộng thành cầu vồng, và sau đó chúng ta có thể đo được hàng nghìn màu khác nhau.
Có những tần số đặc trưng mà các thiên hà phát ra nhiều hay ít ánh sáng.
Bạn đo các quang phổ này và thấy rằng các tần số này bị dịch chuyển khỏi nơi chúng được đo trong phòng thí nghiệm và điều đó tạo ra sự dịch chuyển đỏ của thiên hà.
Mục tiêu là lập bản đồ 35 triệu thiên hà. DESI sẽ xem xét 5.000 mục tiêu cùng một lúc. Nó có khả năng quan sát lớn nhất hiện tại và sẽ là một cải tiến lớn so với các cuộc khảo sát trước đó đã quan sát vài triệu thiên hà.
DESI được chế tạo cho Kính thiên văn Mayall 4 mét tại Đài thiên văn quốc gia Kitt Peak của Arizona. Nó có một loạt
gồm 6 thấu kính mang lại ánh sáng tập trung sắc nét trên một trường nhìn rộng.
Khi ánh sáng đi qua mặt phẳng tiêu điểm, bạn có 5.000 robot định vị di chuyển các sợi cáp quang nhỏ vào đúng vị trí.
Điều này có nghĩa là ánh sáng từ một thiên hà xa xôi đi vào sợi quang và dội xuống máy quang phổ.
DESI đã có ‘ánh sáng đầu tiên’ vào tháng 10 năm 2019 và chúng tôi hiện đang thử nghiệm thiết bị này cũng như đảm bảo rằng tất cả các bộ phận có thể hoạt động cùng nhau, quá trình này sẽ kéo dài đến đầu mùa xuân. Cuộc khảo sát chính kéo dài 5 năm sẽ bắt đầu vào mùa thu năm 2020.
Chúng tôi sẽ có thể bắt đầu phân tích sau năm dữ liệu đầu tiên – chúng tôi sẽ có một bản đồ đủ lớn để đưa ra các phân tích vũ trụ học thú vị. Chúng tôi hy vọng sẽ có kết quả vào năm 2022.
Sản phẩm chính từ DESI sẽ là bản đồ 3D lớn nhất của Vũ trụ được tạo ra, điều này thật thú vị. Nó
sẽ được sử dụng cho một loạt các ứng dụng khoa học.
Nhưng cụ thể, câu hỏi mà chúng ta đang cố gắng trả lời nhiều nhất là về hằng số vũ trụ. Điều này có từ thời Einstein và là ý tưởng cho rằng không gian trống rỗng chứa đầy một số năng lượng chân không nhỏ nhưng khác không.
Nếu năng lượng đó ở đó và nếu lực hấp dẫn phản ứng với nó, nó sẽ tạo ra hiệu ứng của một hằng số vũ trụ và một gia tốc nhỏ của sự giãn nở của Vũ trụ.
Một cách khác để diễn đạt câu hỏi là – hằng số vũ trụ có thực sự không đổi không?
Tôi nghĩ đó là câu hỏi trọng tâm mà DESI nêu ra. Đó là về việc liệu Vũ trụ mà chúng ta có thể đo lường có thực sự phù hợp với mô hình hằng số vũ trụ hay không.
Cuộc phỏng vấn này ban đầu xuất hiện trong số tháng 2 năm 2020 của Tạp chí BBC Sky at Night .