Wie genau wird DESI einzelne Spektren von 5.000 Galaxien gleichzeitig mit Glasfasern erfassen?

Sie können wahrscheinlich die meisten, wenn nicht alle Ihre Fragen beantworten, indem Sie die Haupt-DESI-Website lesen , die ich Ihnen ans Herz legen möchte.

Hier gibt es zum Beispiel ein nettes Video, das die Montage der Hauptbrennebenenelemente (der Fasern und der dazugehörigen Roboterpositionierer) beschreibt .

Aber vereinfacht gesagt: Die kreisförmige Fokusebene ist in zehn Keile (oder "Blütenblätter") unterteilt. Jeder Keil enthält eine Anordnung von 500 Fasern und die dazugehörigen Roboterpositionierer. Jeder Satz von 500 Fasern wird am hinteren Ende gesammelt und außerhalb des Teleskops zu einem Spektrographen geleitet, wo die Fasern in einer Linie angeordnet werden, um ihr Licht auf einen Schlitz zu leiten. Das heißt, es gibt zehnseparate Spektrographen (das ist Ihre "Bank von Spektrographen"), von denen jeder einen einzelnen Schlitz hat, in den das Licht von 500 Fasern eindringt. (Jeder Spektrograph hat dann dichroitische Elemente, die das Licht aus dem Schlitz in drei verschiedene Wellenlängenbereiche aufteilen, und drei verschiedene Kameras, jede mit einem anderen Gitter – 360-555 nm ["blau"], 555-656 nm ["rot"] und 656-908 nm ["Infrarot", obwohl dies immer noch von einem CCD verarbeitet wird und es nicht wirklich das ist, was moderne Astronomen normalerweise als "Infrarot" bezeichnen]).

Die Fasern sind ziemlich dicht in die einzelnen Keile gepackt, und so erfolgt die Roboterpositionierung, indem jede Faser ein wenig um ihre Standardposition innerhalb eines kreisförmigen Lochs herum optimiert / wackelt (Sie können Einblicke davon im Video sehen), anstatt die Massenbewegung einzelner Fasern über die gesamte Brennebene, die das 2dF-Instrument in Ihrer Videoverbindung ausführt.

Einer der zehn Fokalebenenkeile von DESI, mit etwa 60 (der letztendlich 500) Faser-plus-Roboter-Positionierer-Elemente eingefügt.

Ergänzend zu @ PeterErwins Antwort einige weitere Details zu den fünftausend "Robotern".

Jede Faser hat einen kreisförmigen "Patrouillenbereich" mit einem Durchmesser von 12 Millimetern, und diese befinden sich auf einer sechseckigen Anordnung mit einem Abstand (Abstand zum nächsten Nachbarn) von 10,3 Millimetern.

Die Bewegung wird mit einer Kinematik mit exzentrischer Achse (Θ–Φ) implementiert. Anstelle von xy oder r-Θ, die zwei und einen Grad linearer Translation verwenden, werden zwei Drehungen in einer "Schulter- und Ellbogen"-Konfiguration verwendet.

Dass sich der Bewegungsbereich der Fasern überlappt, verbessert die Wahrscheinlichkeit, ein Ziel für jede Faser zu finden, und reduziert den Totraum (Bereich, in dem keine Faserabdeckung möglich ist) auf null. Die Robotersysteme kennen die Positionen benachbarter Fasern, sodass Kollisionen vermieden werden.

Siehe auch Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) Fiber Positioner Production Leitner et al. 2018 in Researchgate und arXiv

Hier ist ein Ausschnitt eines Teils von Abbildung 1 des oben verlinkten arXiv-Papiers für eine detaillierte Ansicht der (Θ–Φ)-Kinematik des Roboters.

Von SPIEs Roboter-Faserpositionierern für Dunkle-Energie-Instrumente

Abbildung 1. Links: Kinematik der exzentrischen Achse (Θ–Φ). Immer wenn der Φ-Arm (R2) innerhalb des gestrichelten Kreises E zurückgezogen wird, wird dem Positionierer eine freie Drehung um Θ ohne Behinderung durch seine Nachbarn garantiert. Rechts: Die Patrouillenregion (der Bereich, in dem jeder Punkt vom Roboter erreicht werden kann) erstreckt sich über das Spielfeld hinaus. Dies gewährleistet eine vollständige Abdeckung, erfordert jedoch die Implementierung von Kollisionsvermeidungsalgorithmen in der Bewegungssteuerungssoftware. R1, R2: Kinematische Längen der Θ- und Φ-Arme. xc, yc: Mittelpunkt des Roboters. x, y: Position der Faser. Θo, Φo: Ausgangspositionen. 1×, 2×: Abdeckung durch einen einzelnen Positionierer bzw. zwei Positionierer.

Abbildung 2. DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) 10,4-mm-Pitch-Θ−Φ-Faserpositionierer. Die Mittelpunkte der beiden Achsen sind auf dem Einsatz angegeben (oben rechts).