2019年10月22日,国际暗能量光谱仪项目(Dark Energy Spectroscopic Instrument, 简称DESI)终于准备就绪,第一次同时睁开了她的5000只“眼睛”— 光纤光谱探测器,完成了“第一束光”(First Light)观测。 在接下来的五年间,天文学家们将使用这5000只强大的眼睛扫描宇宙中星系的三维分布,并从中寻找造成宇宙加速膨胀的“暗能量”的蛛丝马迹。因此,DESI的第一束光对未来宇宙学研究的发展意义非凡。
虽然尚未开始正式观测,DESI已经是一个全球瞩目的国际天文大科学项目。利用坐落在美国基特峰的马约尔4米望远镜(图1),DESI将在接下来的四年内完成对宇宙中超过三千万个星系的光谱观测,从而成为全球最大的星系光谱巡天项目。上海交通大学天文系是 DESI 项目的正式成员单位,也是国内少数几个全面参与了DESI项目建设和预研究的单位之一。
图1:基特峰与马约尔4米望远镜(右一)。基特峰上坐落着22个天文光学望远镜,而马约尔望远镜是其中最大的一个。
图2: DESI的第一束光:10月22号,DESI的5000个光纤中的第160号光纤对着三角座星系M33拍摄的测试光谱。光谱仪的蓝、绿、红三个通道给出了不同波段的光强谱线。图中天区密布的蓝色网格代表了DESI的视场,网格中的每一个六边形代表一根光纤光谱探测器,因此DESI的每一次观测可以同时得到5000个光谱。
DESI的5000只“眼睛”其实是望远镜焦平面上的5000个光纤光谱探测器(图2上),每根光纤(图2中的红点就是其中一个)都会将远方星系发出的光子传导到光谱仪,再按波长展开成一条记录了星系演化历史的光谱能量分布图(图2下)。通过观测光谱中的强发射线的波长,天文学家就能利用多普勒效应计算每个星系因宇宙膨胀而远离我们的退行速度(宇宙学红移),并估算它们离地球的距离。再结合星系在天球上的方位,DESI就可以得到每个星系的三维坐标。最终,DESI 将测量三千多万个星系以及类星体的光谱,从而构建从近邻宇宙到110亿光年范围内的宇宙三维结构分布。
利用DESI观测到的宇宙结构图,天文学家可以精确测量宇宙的加速膨胀历史和宇宙大尺度结构的增长率,从而进一步理解暗能量的本质。上海交通大学天文系的宇宙学团队目前正在紧锣密鼓地展开对DESI的未来观测数据的预研究,期待为DESI的暗能量和宇宙学研究做出重要贡献。