编者按
暗物质与暗能量,人类现在仍无法直接观测。但请注意,“无法直接观测”并不代表人类就对其束手无策,间接观测、侧面证明的方法比比皆是,光学巡天项目就是其中之一。本期赛先生天文,让我们跟随作者一起,回顾人类光谱巡天项目的发展历程,并请他还原新一代宇宙探索利器——暗能量光谱仪器的诞生历程。
探索暗能量,构建宇宙三维图像
1929年,哈勃通过对河外星系的观测研究发现,星系的退行速度和距离成正比,即所谓的哈勃定律。星系距离地球越远,退行速度也越快。这也告诉我们:我们身处的宇宙其实不是静止的,而是正在不断膨胀。后来,科学家进一步通过对超新星的观测研究发现宇宙正在加速膨胀。三位天体物理学家因此获得2011年诺贝尔物理学奖。
红移巡天观测项目的发展历程
天文巡天观测的开展很大程度上推动了天文学的发展。大规模的星系红移巡天自上世纪80年代就开始了。比如最早的CfA红移巡天,就获得了第一张大面积的近邻宇宙三维地图。CfA红移巡天观测了两期,获得了蓝波段视星等B<15.5、大约2万星系的红移,为我们呈现出了宇宙中的大尺度结构。人们发现在这个近邻宇宙地图中星系的分布并不是随机的,而呈现出了成团性,周围还存在很多“空洞”。
还原最强观测项目——DESI
在SDSS开展宇宙学红移巡天的过程中,天文学家就在酝酿新一代宇宙学红移巡天项目,包括暗能量光谱仪器。DESI早期被称为BigBOSS,计划改造美国国家光学天文台的一台现有的4米望远镜,在其主焦点位置上安装5000个自动控制的光纤定位机器人,以此做到同时观测5000条天体的光谱。DESI的光纤总数比LAMOST还要多1000根。
它计划利用5年的时间观测超过3千万星系的光谱,从而研究宇宙暗能量,试图揭开暗能量的神秘面纱。
中国团队成功入选
正如以往的光谱巡天观测,DESI首先需要多波段的图像数据进行光谱目标选取。DESI相对以往光谱巡天项目探测宇宙距离更远,观测目标也更暗,因此需要比以往图像巡天观测深度更深的大天区面积数据。
DESI再启,目标暗能量巡天
在2018年2月MzLS巡天结束之后,DESI项目团队对4米Mayall望远镜进行了全面的改造并安装了相应的设备。在此之前,DESI项目团队于2016年制造了一台小型的原型机,并在望远镜上进行了测试,主要目的是测试光纤定位等关键技术。2018至2019年间,DESI开展了大规模的建设和仪器安装调试。