Das Ziel von DESI besteht in der großräumigen und über eine lange zeitliche Distanz angelegten Vermessung der Struktur des Universums. Ein enormes Volumen und ein großer Teil der Geschichte des Universums werden kartographiert (das Alter der individuellen Galaxien wird anhand der Rotverschiebung bestimmt). Die Forscher werden DESI-Daten von etwa 30 Millionen ausgewählten Galaxien aus über einem Drittel des Nachthimmels nutzen, um dreidimensionale Karten des Universums zu erstellen.
DESI wird vier Klassen von Galaxien beobachten, die hier in der Reihenfolge ihrer Entfernung zu uns beschrieben werden:
- DESI wird eine detaillierte Karte mit Hilfe von besonders hellen Galaxien erstellen. Diese Karte geht bis zu einer Rotverschiebung 0,4 und enthält Galaxien bis zu einer scheinbaren Helligkeit von 20 Magnituden. Diese Galaxien sind hell genug, so dass sie auch dann beobachtet werden können, wenn fast Vollmond ist. Obwohl diese Galaxien relativ leicht zu beobachten sind, sind diese Beobachtungen sehr wertvoll, da sie das späte Universum und damit einen Zeitpunkt beschreiben, in dem die kosmische Expansion besonders stark ist.
- Das nächste Ziel von DESI sind helle rote Galaxien (LRGs vom englischen luminous red galaxies). Solche Galaxien sind die größten im Universum und bestehen hauptsächlich aus alten Sternen. Sie können auch von großen Entfernungen aus beobachtet werden und durch ihre charakteristische rote Farbe lassen sie sich leicht in Bildern erkennen. Mit diesen Galaxien erreicht DESI eine Rotverschiebung von 1.
- Die umfangreichste Stichprobe von Galaxien besteht aus den Emissionsliniengalaxien (ELGs). Die Helligkeit dieser Galaxien ist schwächer, und sie sind auch weiter entfernt. Allerdings verursachen deren aktive Sternenbildung und ihre heißen jungen Sterne die namensgebenden starken Emissionslinien, die DESI bis zu einer Rotverschiebung von 1,6 beobachten kann.
- Um noch weiter entfernte Strukturen zu messen, wird DESI auch Quasare beobachten. Das sind Galaxien, in denen das zentrale supermassereiche schwarze Loch besonders viel Gas absorbiert, welches anfängt zu glühen, wenn es relativistische Geschwindigkeiten erreicht. Quasare sind heller als die Sterne in der jeweiligen Galaxie und erreichen Helligkeiten, die es DESI erlauben, sie bis zu einer Rotverschiebung von 3,5 und größer zu beobachten.
Eine wichtige zusätzliche Eigenschaft der Quasare besteht darin, dass das Spektrum ihres Lichts von intergalaktischem Gas zwischen uns und dem Quasar beeinflusst wird. Der neutrale Wasserstoff im Gas erzeugt Absorptionslinien in einer wichtigen Wellenlänge im ultravioletten Bereich (121,8 Nanometer). Dieses Absorptionsmuster verschiebt sich in den sichtbaren Bereich des Lichts aufgrund der hohen Rotverschiebung des Gases. Das erzeugt den sogenannten Lyman-Alpha-Wald und bedeutet, dass jeder Quasar nicht nur einen Punkt auf unserer Karte des Universums darstellt, sondern auch Information über die Verteilung von neutralem Wasserstoff zwischen uns und dem Quasar enthält.
Zu guter Letzt wird DESI auch Sterne in unserer Galaxie beobachten. Das verbessert unser Verständnis der chemischen Zusammensetzung unserer Galaxie und der Gravitationskräfte in der Milchstrasse und hilft uns insbesondere, die Rolle von dunkler Materie besser zu verstehen.
