На протяжении тысячелетий люди использовали карты, чтобы понимать и ориентироваться в нашем мире и помещать себя в контекст: мы полагаемся на карты, чтобы показать нам, где мы находимся, откуда мы пришли и куда мы идем. Астрономические карты продолжают эту традицию в огромных масштабах. Они определяют местонахождение нас в космосе и рассказывают историю и судьбу Вселенной: она будет расширяться вечно, расширение в настоящее время ускоряется из-за неизвестной величины, называемой темной энергией.
Астрономические карты могут помочь объяснить, что такое темная энергия и почему она существует.
Чтобы извлечь выгоду из этой возможности, требуется беспрецедентная карта – карта, на которой тусклые галактики отображаются более равномерно и на большей площади неба, чем когда-либо прежде. Чтобы решить эту задачу, астрономы создали новую двумерную карту неба, которая является самой большой из когда-либо созданных с точки зрения покрытия неба, чувствительности и общего количества нанесенных на карту галактик.
Из более чем 1 миллиарда галактик на карте астрономы выберут десятки миллионов галактик для дальнейшего изучения с помощью спектроскопического прибора темной энергии (DESI), чтобы построить самую большую трехмерную карту, которую когда-либо пытались сделать.
Результаты исследования DESI, которое будет проводиться в Национальной обсерватории Китт-Пик (KPNO) в рамках программы NOIRLab Национального научного фонда, в конечном итоге предоставят новое понимание природы темной энергии.
Новая карта является результатом исследований DESI Legacy Imaging Surveys, амбициозных 6-летних усилий, включающих 1405 наблюдений в ночное время на трех телескопах, данные за годы с космического телескопа, 150 наблюдателей и 50 других исследователей со всего мира, 1 петабайт данных. (1000 триллионов байт) и 100 миллионов процессорных часов на одном из самых мощных компьютеров в мире. Изображения были сделаны в KPNO и Межамериканской обсерватории Серро Тололо (CTIO), также являющейся программой NOIRLab, и дополнены изображениями, полученными с миссии NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE).
Данные были обработаны в Национальном вычислительном центре энергетических исследований (NERSC) лаборатории Беркли.
Карта покрывает половину неба, занимая в цифровом виде более 10 триллионов пикселей, что эквивалентно мозаике из 833000 фотографий смартфона с высоким разрешением, и является одним из самых однородных и глубоких исследований неба, когда-либо проводившихся. «Это самая большая карта практически по всем параметрам», – сказал Дэвид Шлегель, научный сотрудник DESI, который также был одним из руководителей проекта визуализации. Шлегель – астрофизик Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (Berkeley Lab), ведущего учреждения международного сотрудничества DESI.
Арджун Дей, научный сотрудник проекта DESI для NOIRLab, был одним из руководителей двух из трех съемок изображений, выступая в качестве ведущего ученого для исследования наследия Mayall в z-диапазоне (MzLS), наблюдаемого камерой Mosaic3 на Nicholas U. 4-метровый телескоп Mayall в KPNO, и в качестве со-ведущего ученого со Шлегелем для исследования наследия камеры темной энергии (DECaLS) на DECam на Victor M. 4-метровый телескоп Blanco в CTIO в Чили.
Третий обзор – это обзор неба в Пекине и Аризоне (BASS), наблюдаемый камерой 90Prime на Bok 2.3-метровый телескоп, который принадлежит и управляется Университетом Аризоны и расположен в КПНО.
По словам Дей, коллективные усилия трех съемок «были одними из самых однородных и глубоких исследований неба, которые когда-либо проводились. Было действительно интересно участвовать."
Коллаборация DESI выберет 35 миллионов галактик и 2.4 миллиона квазаров на карте – некоторые на расстоянии до 12 миллиардов световых лет – в качестве целей исследования DESI. За пять лет работы DESI создаст гигантскую трехмерную карту Вселенной, измерив расстояния до галактик и скорость их удаления от нас. Чтобы провести эти измерения, DESI возьмет отпечаток галактики, измерив ее спектр: свет от отдельных галактик будет рассеиваться на тонкие цветные полосы.
Для быстрой съемки спектров стольких галактик требуется высокая степень автоматизации.
DESI, оснащенный набором из 5000 вращающихся автоматических роботов, каждый с тонким оптоволоконным кабелем, который может указывать на отдельные галактики, предназначен для одновременного измерения спектров 5000 галактик. Результаты в конечном итоге позволят по-новому взглянуть на загадочную темную энергию, которая движет ускоряющимся расширением Вселенной.
Стремление понять природу темной энергии открыло большие возможности для открытий в других областях астрономии. Адам Болтон, директор Центра общественной науки и данных NOIRLab, пояснил: «Чтобы решить некоторые из самых больших загадок фундаментальной физики сегодня, мы вынуждены создавать огромные цифровые базы данных о звездах и галактиках, которые, в свою очередь, позволяют использовать новый подход к интеллектуальному анализу данных. к совершению дополнительных астрономических открытий."
После завершения исследований DESI Legacy Imaging Surveys все данные были переданы научному сообществу и общественности.
Этому окончательному выпуску данных, известному как выпуск данных 9, предшествовали восемь других промежуточных выпусков данных.
NOIRLab будет размещать эти продукты данных в архиве Astro Data Archive, от исходных изображений, сделанных в телескопы, до каталогов, которые сообщают о положениях и других свойствах звезд и галактик. Astro Data Lab также обслуживает каталоги как базы данных, которые астрономы могут легко анализировать с помощью инструментов и сервисов Astro Data Lab и сопоставлять их с другими наборами данных, предоставляя больше возможностей для открытий.
Кроме того, Astro Data Lab предоставляет астрономам примеры научных приложений и учебные пособия для помощи в их исследованиях. Данные исследований DESI Legacy Imaging Surveys уже использовались для многих других исследовательских проектов [1] [2], включая усилия гражданской науки, в которых используется мудрость толпы [3].
Примечания
[1] В одном исследовании используется алгоритм машинного обучения для автоматического определения феномена изгиба света, известного как гравитационные линзы, в данных опросов DESI.
[2] В другом исследовании используется спектроскопия из Sloan Digital Sky Survey вместе с изображениями Legacy Surveys, чтобы выявить присутствие активных черных дыр в галактиках и дать нам предварительный обзор большой популяции активных галактик, которые будут обнаружены с помощью спектроскопического обзора DESI. Этой работой руководит астроном NOIRLab Стефани Джуно.
[3] Гражданский научный проект Backyard Worlds: Planet 9 привлекает широкую публику к помощи в поиске возможной девятой планеты в нашей Солнечной системе путем поиска движущихся объектов в данных.
Участники уже открыли новые прохладные миры в непосредственной близости от Солнца – объекты массивнее планет, но легче звезд, известные как коричневые карлики. Некоторые из них являются одними из самых крутых известных коричневых карликов, а некоторые из них достигают температуры Земли и достаточно прохладны, чтобы скрывать водяные облака. Недавно была опубликована самая большая карта коричневых карликов в нашем районе.
Backyard Worlds возглавляет Аарон Мейснер, астроном NOIRLab и участник DESI.