¿Cómo exactamente DESI capturará simultáneamente espectros individuales de 5.000 galaxias utilizando fibras ópticas?

Probablemente pueda obtener respuestas a la mayoría de sus preguntas, si no a todas, examinando el sitio web principal de DESI , que le animo a visitar.

Hay, por ejemplo, un bonito vídeo que describe el montaje de los elementos del plano focal principal (las fibras y los posicionadores de robot asociados) aquí .

Pero en términos simples: el plano focal circular se divide en diez cuñas (o "pétalos"). Cada cuña contiene una matriz de 500 fibras y sus posicionadores robóticos asociados. Cada conjunto de 500 fibras se recoge en la parte trasera y se pasa fuera del telescopio a un espectrógrafo, donde las fibras se disponen en una línea para pasar su luz a una rendija. Es decir, hay diezespectrógrafos separados (ese es su "banco de espectrógrafos"), cada uno de los cuales tiene una sola rendija con la luz de 500 fibras que pasa por él. (Entonces, cada espectrógrafo tiene dicroicos que dividen la luz de la rendija en tres regímenes de longitud de onda diferentes y tres cámaras diferentes, cada una con una rejilla diferente: 360-555 nm ["azul"], 555-656 nm ["rojo"] y 656-908 nm ["infrarrojo", aunque esto todavía es manejado por un CCD y no es realmente lo que los astrónomos modernos suelen llamar "infrarrojo"]).

Las fibras están muy densamente empaquetadas en las cuñas individuales, por lo que el posicionamiento robótico se realiza ajustando/moviendo cada fibra una pequeña cantidad alrededor de su posición predeterminada dentro de un orificio circular (puede ver destellos de esto en el video), en lugar de la movimiento total de fibras individuales en todo el plano focal que hace el instrumento 2dF en su enlace de video.

Una de las diez cuñas de plano focal de DESI, con aproximadamente 60 (de sus eventuales 500) elementos posicionadores de fibra más robot insertados.

Complementario a la respuesta de @PeterErwin , algunos detalles más sobre los cinco mil "robots".

Cada fibra tiene un "área de patrulla" circular con un diámetro de 12 milímetros, y estas están ubicadas en una matriz hexagonal con un paso (distancia del vecino más cercano) de 10,3 milímetros.

El movimiento se implementa con una cinemática de eje excéntrico (Θ–Φ). En lugar de xy o r-Θ que usan dos y un grado de traslación lineal, se usan dos rotaciones, en una configuración de "hombro y codo".

Que el rango de movimiento de las fibras se superponga mejora la probabilidad de encontrar un objetivo para cada fibra y reduce el espacio muerto (área sin cobertura de fibra posible) a cero. Los sistemas robóticos conocen las posiciones de las fibras adyacentes para evitar colisiones.

Véase también Producción del posicionador de fibra del instrumento espectroscópico de energía oscura (DESI) Leitner et al. 2018 en Researchgate y arXiv

Aquí hay un recorte de una parte de la Figura 1 del documento arXiv vinculado anteriormente, para una vista detallada de la cinemática del robot (Θ–Φ).

De los posicionadores de fibra robótica de SPIE para instrumentos de energía oscura

Figura 1. Izquierda: Cinemática del eje excéntrico (Θ–Φ). Cada vez que el brazo Φ (R2) se retrae dentro del círculo discontinuo E, se garantiza que el posicionador gire libremente alrededor de Θ sin obstrucción de sus vecinos. Derecha: La cobertura de la región de patrulla (el área dentro de la cual el robot puede alcanzar todos los puntos) se extiende más allá del terreno de juego. Esto asegura una cobertura completa, pero requiere la implementación de algoritmos para evitar colisiones en el software de control de movimiento. R1, R2: Longitudes cinemáticas de los brazos Θ y Φ. xc, yc: Centro del robot. x, y: Posición de la fibra. Θo, Φo: posiciones de inicio. 1×, 2×: Cobertura por un solo posicionador y dos posicionadores, respectivamente.

Figura 2. Posicionador de fibra DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) de 10,4 mm de paso Θ−Φ. Los centros de los dos ejes se indican en el inserto (arriba a la derecha).