Wenn wir eine Galaxie am Himmel beobachten, können wir nicht unmittelbar ihre Entfernung bestimmen: es könnte eine helle und große Galaxie sein, die weit von uns entfernt ist, oder eine kleine und nähere Galaxie. Aber anhand der Messung ihrer Rotverschiebungen können wir Galaxien nach ihrer Entfernung von uns sortieren, und so ein flaches Bild in eine dreidimensionale Karte des Himmels verwandeln.
Da sich weit entfernte Galaxien von uns fortbewegen, sehen wir ihr Licht bei längeren Wellenlängen, oder niedrigeren Frequenzen, was zu der Messung ihrer Rotverschiebung führt. Dieser Effekt ist ähnlich wie in der Akustik, wenn wir z.B. das Signalhorn eines Zuges, der sich von uns wegbewegt, bei tieferen Frequenzen hören.
Die Vermessung der Verklumpung von Galaxien anhand ihrer Rotverschiebungen ist seit den 70iger Jahren eine sehr effiziente Methode, um den Inhalt des Universums und die darin wirkenden physikalischen Gesetze auszuloten. Was in den 70iger und 80iger Jahren mit Beobachtungen von nur einigen tausend Galaxien anfing, entwickelte sich über die nächsten zwanzig Jahre zu Stichproben von Millionen von Galaxien, wobei der “Two-degree Field Redshift Survey und der Sloan Digital Sky Survey besonders herausragen. Jetzt erschließen die systematischen Beobachtungen von Galaxien eine neue Dimension.
DESI wird in seinem 5-jährigen Program ungefähr 30 Millionen Galaxien spektroskopieren, die sich über ein Drittel des Nachthimmels erstrecken, und damit ein gigantisches Volumen des Universums kartografieren was sich bis zu 11 Milliarden Jahre in die Vergangenheit ausdehnt.
Diese Karten des Universums enthalten faszinierende Muster in der Verteilung der Galaxien, mit starker Verklumpung auf Skalen von einigen Millionen Lichtjahren und kleinen, aber messbaren, Fluktuationen auf Skalen von hunderten von Millionen Lichtjahren. Wir wissen nun dass diese Muster in der sehr frühen Entwicklung des Universums geprägt wurden—wahrscheinlich in den ersten Sekunden nach dem Urknall. Sie wuchsen dann unter dem Einfluss der Schwerkraft: Regionen mit höherer Dichte spüren eine größere Schwerkraft, die langsam aber sicher die kosmische Expansion überkam, und damit zu noch höheren Dichten führte. Aufgrund der Schwerkraft sind also die ursprünglich winzigen Strukturen in ihrer Stärke gewachsen, was zu Anhäufungen von Materie geführt hat in denen sich dann Galaxien bildeten, und noch größere Materiestrukturen, die wir in den Karten des Universums sehen können.
Die Struktur auf grossen Skalen ist besonders wichtig für die kosmologischen Untersuchungen, da sie einen ziemlich unverfälschten Blick auf die Fluktuationen preisgibt, wie diese vor langer Zeit existierten, und sie ist auch ein einfaches Mittel um die andauernden Effekte der Schwerkraft auf Skalen von hunderten von Millionen Lichtjahren zu vermessen. Diese Möglichkeiten sind die grundlegende Motivation für DESI.
Zur Auswertung der Karten des Universums müssen statistische Methoden entwickelt werden mit denen bestimmt wird wie die gemessene Verteilung der Galaxien sich von einer willkürlichen Verteilung von Punkten am Himmel unterscheidet. Die kosmologischen Theorien der Wissenschaftler enthalten genaue Vorhersagen über diese statistischen Eigenschaften.
Allerdings ist keine Karte perfekt, da die Instrumente, die Atmosphäre der Erde, und selbst die Umgebung in der Milchstrasse Quellen von zusätzlichen Fluktuationen sind. Diese Einflüsse zu korrigieren, statistische Tests zu entwickeln, und genaue Unsicherheiten in den Messungen abzuschätzen bedarf größter Aufmerksamkeit, insbesondere auf der Skala der Vermessung die DESI durchführt. Die Wissenschaftler in der DESI Kollaboration bereiten die notwendigen Methoden vor, wobei sie sich auf Jahrzehnte des Fortschritts im Gebiet der großräumigen Untersuchung von Galaxienrotverschiebungen stützen
