DESI ექსპერიმენტის მთავარი მიზანია ფარული ენერგიის ბუნების შესწავლა. როგორ იცვლება ეს ენერგია დროში და რა გავლენას ახდენს სტრუქტურის ზრდაზე. ამ მიზნის მისაღწევად DESI გამოიყენებს გალაქტიკების რუქებს ორი სიგნალის გასაზომად: ბარიონული აკუსტიკური ოსცილაციები (BAO) და წითელი წანაცვლებითი სივრცის გამრუდებები (RSD). იმავე რუკებით შესაძლებელი გახდება გალაქტკიკების, კვაზარებისა და გალაქტიკათაშორისი გაზების ფიზიკის შესწავლა.
ბარიონული აკუსტიკური ოსცილაციები
DESI ოპტიმიზირებულია BAO სიგნალის გასაზომად, რომელიც გალაქტიკების რუქებში მილიარდობით წლის წინ გაჩენილ საკმაოდ სუსტ სიგნალს წარმოადგენს. სიგნალი წარმოიქმნა ფონურ რადიაციაში. დღეისათვის ფონური რადიაციის ტემპერატურა 2.7 კელვინია, მაგრამ მილიარდობით წლის წინ ტემპერატურა ძალიან მაღალი იყო. დიდი აფეთქებიდან 400000 წლის შემდეგ სამყარო ჯერ კიდევ იმდენად ცხელი იყო, რომ წყალბადისა და ჰელიუმის ატომები ცალკეულ ელექტრონებად და ბირთვებად იყო გახლეჩილი და პლაზმურ მდგომარეობაში იმყოფებოდა. ფოტონები და ელექტრონები ერთმანეთს ეჯახებოდნენ და პლაზმის შეკუმშვას ხელს უშლიდნენ. მცირე შეშფოთებები არ იზრდებოდა და აკუსტიკური ტალღების სახით ვრცელდებოდა. ეს ტალღები 400000 წლის განმავლობაში ვრცელდებოდა მანამ, სანამ სამყარო იმდენად გაცივდა, რომ ელექტრონები ბირთვებს შეეკვრნენ და ფოტონებს დაჯახების გარეშე გავრცელების საშუალება მიეცა. დღევანდელმა სამყაროს სტრუქტურამ სწორედ მაშინ დაიწყო ზრდა. ამ ოსცილაციების კვალის გაზომვა დღესაც შეიძლება. მათ წარმოქმნეს სფერული ფორმის ტალღური ფრონტი, რომლის ზომა დაახლოებით 500 მილიონი სინათლის წელია. ამ ტალღურ ფრონტზე მოგვიანებით წარმოიქმნა გალაქტიკები. სიგნალი საკმაოდ სუსტია, მაგრამ უკვე გაზომეს SDSS ექსპერიმენტის BOSS პროგრამის ფარგლებში. ეს სიგნალი ფარული ენერგიის შესწავლის ერთ-ერთ მნიშვნელოვან საშუალებას წარმოადგენს.
შორეული გალაქტიკების განაწილებაში ამ სიგნალის გაზომვის შემდეგ ჩვენ ვადარებთ მის ხილვად ზომას – 500 მილიონ სინათლის წელიწადს. ამ შედარების საშუალებით ხდება გალაქტიკებამდე მანძილის დადგენა. ეს პრობლემა შეიძლება შევადაროთ კარტოგრაფის პრობლემას, რომელსაც მოცემული აქვს რუკა და რელიეფთან შედარებით უნდა გამოიცნოს მაშტაბი. DESI გეგმავს ამ სიგნალის გაზომვას რამდენიმე მანძილზე პროცენტზე მაღალი სიზუსტით. ამ გაზომვების მეშვეობით სამყაროს გაფართოების ისტორიისა და ფარული ენერგიის ევოლუციის შესწავლა გახდება შესაძლებელი.
წითელი წანაცვლებით გამოწვეული სივრცის გამრუდებები
DESI-ს მიერ გაზომილი გალაქტიკების წითელ წანაცვლებას ორი მიზეზი განაპირობებს: სამყაროს გაფართოება და გალაქტიკების მოძრაობა გრავიტაციული მიზიდულობის საპასუხოდ. მეორე შემადგენელს საკუთარი სიჩქარე ეწოდება. საკუთარი სიჩქარის სიდიდის გაზომვით მეცნიერებს შეუძლიათ გალაქტიკის გარშემო მდებარე გრავიტაციული მასის გაზომვა.
თუ მასა სხვა წყაროებიდანაა ცნობილი, ამ გაზომვებით შესაძლებელია ალბერტ აინშტაინის ზოგადი ფარდობითობის თეორიის შემოწმება, რომელიც წინასწარმეტყველებს იმას, თუ როგორ მუშაობს გრავიტაცია ასობით მილიონი სინათლის წლის მანძილებზე. ამ უზარმაზარ მანძილებზე გრავიტაციის თვისებების გაზომვა ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ის გვაძლევს საშუალებას, შევამოწმოთ გრავიტაციის სხვადასხვა თეორიის სისწორე. გრავიტაციის ზოგ მოდიფიცირებულ თეორიას სამყაროს აჩქარებითი გაფართოების ახსნაც კი შეუძლია. თუ გრავიტაცია დიდ მასშტაბებზე მნიშვნელოვნად განსხვავებულია იმაზე, რასაც ზოგადი ფარდობითობის თეორია წინასწარმეტყველებს, შესაძლოა, ის იწვევდეს სამყაროს აჩქარებულ გაფართოებას.
სიჩქარეების ამპლიტუდის გაზომვა შესაძლებელია DESI-ს მიერ შედგენილ რუკებში გალაქტიკების სიგნალების შედარებით დამკვრივებლის მიმართულებით და მის მართობულად. ამ სიგნლებს მოიხსენიებენ, როგორც წითელი წანაცვლების მიერ გამოწვეულ სივრცის გამრუდებებს. რადგან სიჩქარეების განაწილება მასის განაწილებაზეა დამოკიდებული, სიჩქარეების გაზომვით ჩვენ შეგვიძლია მასის განაწილებაზე დასკვნები გამოვიტანოთ. DESI-ს მონაცემები საშუალებას მოგვცემს, ეს სიგნალები დიდი სიზუსტით გავზომოთ.
DESI და ფარული ენერგია
ამ ტიპის ექსპერიმენტების ერთ-ერთი მთავარი მოტივაცია ფარული ენერგიის საიდუმლოს ამოხსნაა. DESI ერთ-ერთი ყველაზე დიდი დაგეგმილი ექსპერიმენტია და როცა მონაცემების დაგროვებას დაამთავრებს, ისტორიაში უდიდესი გალაქტიკების განაწილების რუკებს შემოგვთავაზებს. ეს სამგანზომილებიანი რუკები გაანალიზდება სხვა ოპტიკურ, ინფრაწითელ, მიკროტალღოვან და რენტგენის სპექტრის რუკებთან ერთად. თანამედროვე კოსმოლოგიის ერთ-ერთი სიძლიერე მრავალი დამოუკიდებელი ექსპერიმენტის საერთო ანალიზის შესაძლებლობიდან მოდის. მეცნიერები მოუთმენლად ელიან DESI-ს მონაცემებს და მათ წვლილს ფარული ენერგიის საიდუმლოს ამოხსნაში.
ფარული ენერგიის მიღმა
გარდა ფარული ენერგიისა, DESI-ს მიერ შედგენილი რუკები ბევრი სხვა მიზნისთვისაც იქნება გამოყენებული. მათი საშუალებით ჩვენ მოვახერხებთ ნეიტრინოების საერთო მასის დიდი სიზუსტით გაზომვას. ჩვენ ასევე შევძლებთ იმ თეორიების გადამოწმებას, რომლებიც აღწერენ სამყაროს ადრინდელ ეპოქაში (პირველი რამოდენიმე წუთი) მიმდინარე მოვლენებს. მსხვილმაშტაბიანი სტრუქტურის შესწავლით ჩვენ შევამოწმებთ საჭიროებს თუ არა კოსმოლოგიის სტანდარტული მოდელი გადახედვას. გარდა ამისა, DESI გაზომავს მილიონობით გალაქტიკისა და კვაზარის სპექტრსა და მანძილს, რაც საშუალებას მისცემს ასტროფიზიკოსებს, ეს ობიექტები უფრო უკეთ შეისწავლონ. DESI შეადგენს ჩვენი გალაქტიკის უშუალო სამეზობლოს ყველაზე დეტალურ რუკას. ის ასევე გაზომავს ჩვენს გალაქტიკაში მდებარე ვარსკვლავების სპექტრს, რაც საშუალებას მოგვცემს, შევისწავლოთ ირმის ნახტომის დინამიკა უფრო დიდ დეტალებში.