Das DESI-Projekt ist eine internationale Zusammenarbeit, an der mehr als 900 Forscherinnen und Forscher aus über 70 Institutionen auf der ganzen Welt beteiligt sind, darunter auch die EPFL. Seine ersten Ergebnisse wurden soeben veröffentlicht und haben die größte 3D-Karte von Galaxien und Quasaren im Universum hervorgebracht, die je erstellt wurde, und das in einem bisher nicht gekannten Detailgrad.
Die Zeit zurückdrehen
Mithilfe von 5.000 winzigen Robotern, die am Mayall-Teleskop des Kitt Peak Observatoriums in den USA installiert sind, können Forscherinnen und Forscher die Zeit bis zu 11 Milliarden Jahre zurückdrehen. Dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler die Geschichte der Expansion in diesem weit zurückliegenden Zeitraum von 8 bis 11 Milliarden Jahren mit einer Genauigkeit von besser als 1 % messen. Die neue Karte übertrifft alle bisherigen spektroskopischen 3D-Karten in Kombination und bestätigt die Grundlagen unseres besten Modells des Universums.Licht von weit entfernten Objekten im Weltraum hat das DESI-Instrument erreicht und ermöglicht es uns, unseren Kosmos in seiner Frühzeit zu kartografieren und seine Entwicklung bis heute nachzuvollziehen. Das Verständnis der Entwicklung unseres Universums ist mit der Frage verknüpft, wie es endet, und mit einem der größten Rätsel der Physik: der dunklen Energie.
Heute teilen Forscherinnen und Forscher die Analyse der in ihrem ersten Jahr gesammelten Daten in zahlreichen Öffentlich zugänglichen Artikeln.
"Wir sind unglaublich stolz auf die Daten, die kosmologische Ergebnisse von Weltrang hervorgebracht haben. Dies sind die ersten Ergebnisse aus der neuen Generation von Experimenten zur Dunklen Energie", sagt Michael Levi, Leiter der DESI-Kollaboration und Wissenschaftler am Lawrence Berkeley National Laboratory des US-Energieministeriums (Berkeley Laboratory), das das Projekt betreut. "Im Moment stellen wir eine grundlegende Übereinstimmung mit unserem besten Modell des Universums fest, aber wir beobachten auch potenziell interessante Unterschiede, die darauf hindeuten könnten, dass sich die Dunkle Energie im Laufe der Zeit verändert. Diese Unterschiede könnten mit mehr Daten verschwinden oder auch nicht. Wir freuen uns daher darauf, in Kürze mit der Analyse unseres über drei Jahre gesammelten Datensatzes zu beginnen".
Wissenschaftler der EPFL haben zum DESI-Projekt beigetragen, und zwar bei der Entwicklung der Strategie für die Ausrichtung der Studie (Auswahl der zu beobachtenden Galaxien) und der Entwicklung des Robotersystems zur Positionierung der Fasern, einschließlich der Tests zur Überprüfung der Neigung an einigen DESI-Positionierern, um deren Leistung zu validieren. Dieses System wurde im Rahmen der interdisziplinären Gruppe "Astrobots" realisiert. , die das Labor für Astrophysik (LASTRO) der EPFL sowie die Teams von Mohamed Bouri und Denis Gillet von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und -techniken umfasst.
Eine Gruppe junger Wissenschaftler des LASTRO-Labors hat sich ebenfalls stark an der Interpretation der riesigen Datenmenge von DESI beteiligt und ihre physikalische Bedeutung durch die Erstellung eines fortgeschrittenen numerischen Modells und die Simulation unseres Universums charakterisiert.
"Die DESI-Beobachtung eines Jahres mit mehr als 6 Millionen Galaxien und Quasaren wird besser sein als die SDSS-Durchmusterungen der letzten zwei Jahrzehnte. Um diesen exzellenten Datensatz voll auszuschöpfen, müssen wir die Beobachtungsartefakte, die uns daran hindern, genaue kosmologische Parameter zu erhalten, im Detail untersuchen", erklärt Jiaxi Yu, Doktorand am LASTRO Laboratorium und Hauptautor eines der kürzlich veröffentlichten Artikel. "Daniel Forero-Sanchez, ein weiterer Doktorand am LASTRO Laboratorium, fügt hinzu: "Um die Beobachtungsdaten zu interpretieren, müssen Tausende von digitalen Zwillingsuniversen geschaffen werden, um die beispiellose Genauigkeit unserer Messungen zu validieren und zu quantifizieren.
"Es ist außergewöhnlich, an diesem weltweiten Projekt teilnehmen zu können, das jeden Monat Daten von mehr als einer Million Galaxien sammelt", sagt Jean-Paul Kneib, Professor an der EPFL und Leiter des LASTRO-Labors. "Wir befinden uns im goldenen Zeitalter der Kosmologie, mit groß angelegten Studien, die bereits laufen oder kurz vor dem Start stehen, darunter das Square Kilometer Array, an dem auch die Schweiz und die EPFL beteiligt sind. All dies hilft uns, die Dynamik unseres Universums, seinen Inhalt und seine grundlegenden Eigenschaften besser zu verstehen."
Mit nur einem Jahr DESI-Daten können die Forscherinnen und Forscher bereits die Expansionsgeschichte unseres Universums in sieben verschiedenen Zeitabschnitten der kosmischen Zeit messen, jeweils mit einer Genauigkeit von 1-3%. Das Team hat viel Arbeit geleistet, um die Feinheiten der instrumentellen und theoretischen Modellierung zu berücksichtigen, was Vertrauen in die Zuverlässigkeit der ersten Ergebnisse schafft.
Die Gesamtgenauigkeit von DESI für die Geschichte der Expansion über 11 Milliarden Jahre hinweg liegt bei 0,5 %, und die fernste Epoche, die 8 bis 11 Milliarden Jahre umfasst, hat eine Rekordgenauigkeit von 0,82 %. Diese Vermessung unseres jungen Universums ist unglaublich schwierig. Dennoch ist DESI innerhalb eines Jahres bei der Messung der Expansionsgeschichte in diesen fernen Epochen doppelt so gut geworden wie sein Vorgänger (BOSS/eBOSS des Sloan Digital Sky Survey), der dafür mehr als ein Jahrzehnt benötigte.
Wissenschaft an der Spitze des Fortschritts
DESI ist das erste spektroskopische Experiment, das eine "Blindanalyse" durchführt, bei der das wahre Ergebnis vor den Wissenschaftlern verborgen bleibt, um einen unterbewussten Bestätigungsbias zu vermeiden. Die Forscherinnen und Forscher arbeiten im Dunkeln mit veränderten Daten und schreiben den Code, um ihre Ergebnisse zu analysieren. Sobald alles fertiggestellt ist, wenden sie ihre Analyse auf die Originaldaten an, um die wahre Antwort zu enthüllen. Die DESI-Daten werden dazu verwendet, zukünftige Himmelsstudien zu ergänzen und ein kürzlich empfohlenes Upgrade (DESI-II) vorzubereiten.Die DESI-Kollaboration fühlt sich geehrt, dass sie die Möglichkeit hat, wissenschaftliche Forschungen am Iolkam Du’ag (Kitt Peak) durchzuführen, einem Berg, der für die Tohono O’odham Nation von besonderer Bedeutung ist.
DESI wird vom Office of Science des US-Energieministeriums und vom National Energy Research Scientific Computing Center, einem Nutzerzentrum des Office of Science des US-Energieministeriums, unterstützt. DESI wird außerdem von der National Science Foundation der USA, dem Science and Technology Facilities Council des Vereinigten Königreichs, der Gordon and Betty Moore Foundation, der Heising-Simons Foundation, dem Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) aus Frankreich, dem Nationalrat für Literatur, Wissenschaft und Technologie aus Mexiko, dem Ministerium für Wissenschaft und Innovation aus Spanien und den Mitgliedsinstitutionen von DESI unterstützt. Die EPFL und der Schweizerische Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung haben fast 1 Mio. CHF zum Aufbau von DESI beigetragen.
