威斯康星大学研究人员为暗能量光谱仪的准备工作做出了贡献

发布时间: 2019-11-20 19:47   来源:

当人们在怀俄明州露营时,他们经常仰望天空看月亮和星星,也许在思考他们在宇宙中的位置。

在过去的五年中,怀俄明大学物理与天文学副教授亚当·迈尔斯(Adam Myers)一直是一个全球研究小组的成员,该小组不遗余力地收集了超过10亿个星系的二维图像,这些图像很可能提供其中一些答案。

为了进行一个新项目的准备工作,该项目进行了三次天空调查-在两大洲的望远镜上进行,覆盖了可见天空的三分之一,需要进行近1,000个观察夜,这将为创建一个新的项目做准备,该项目将创建宇宙最大的3-D星系图和收集有关过去100亿到120亿年间宇宙加速扩展的新见解。

现已在亚利桑那州完成建设的暗能量光谱仪(DESI)项目将详细探讨这种扩展,它由一个被称为暗能量的神秘特性驱动。在其为期五年的任务中,它也可能会带来意想不到的发现。DESI预计将于2020年春季上线,该项目将持续到2025年。

5,000个旋转机器人的集合,每个都带有一根光纤电缆,它们将指向一组预先选择的天空物体以收集其光(请参阅相关视频),因此可以将其拆分为不同的颜色,并使用一系列称为光谱仪的设备进行分析。

“光速达到每分钟1100万英里。每年,DESI制作的地图将比轻旅行大100亿倍。”迈尔斯说。“这些是人类可以制作的最大地图,在进行DESI调查后,它们将以3D形式显示。我们将知道到物体的距离以及整个天空的距离。”

科学家将从这三项调查中成像的更大物体中选择约3300万个星系和240万个类星体。类星体是宇宙中最明亮的长寿天体,据信包含超大质量黑洞。发射后,DESI将以这些选定的目标为目标进行后续光谱分析。

位于劳伦斯伯克利国家实验室的国家能源研究科学计算中心(NERSC)的一台名为Cori的超级计算机将用于处理DESI仪器观测到的数百万个光谱。迈尔斯说,这种处理将从光谱中提取3-D信息或距离,光谱信息覆盖了大范围的光谱。

来自DESI的星系光谱的测量不仅将提供有关星系与地球之间的距离的详细信息,而且还将提供有关它们在整个宇宙中加速的速度的详细信息。

迈尔斯说:“这可能会告诉我们有关重力如何工作的信息,并确定是否需要扩大爱因斯坦的相对论。”自2016年以来一直担任DESI目标经理,并由能源部资助的迈尔斯说。

瞄准涉及确定天空的2D图像中的数十亿个星系中的哪一个将接受DESI后续光谱法以测量其3D距离。为了实现这一目标,迈尔斯(Myers)编写了数万行软件。

迈尔斯说:“要将天空的原始图像变成有用的东西,需要各种代码。” “我们拍摄了不同的天空照片,以尝试对齐它们。我们希望在整个宇宙中有一个统一的星系样本-有些接近,有些遥远。”

迈尔斯说,就像组装拼图一样,他们必须仔细观察天空和物体的各个图像,以使其性质相匹配。例如,某些图像可能具有稍微更多的月光。其他人可能是在天气条件稍好或更糟的情况下拍摄的。

“当人们传统上使用超级计算机时,他们就用它来建模。我们关心数据。”迈尔斯说。“我们必须与他们(NERSC)一起修改他们的系统以使用我们的数据。我们正在以一种新的方式使用超级计算机。”

收集图像

最初的原始图像是在三个天文台捕获的,一个位于智利,两个位于亚利桑那州。

“尽管我是小组中规模较小的机构之一,但我的小组仍进行了很大一部分成像观测,”迈尔斯谈到了他在亚利桑那州图森基特峰国家天文台的Mayall望远镜以及塞罗·托洛洛国际太空站进行的观测。智利北部的美国天文台。“我的研究小组观察了总共44个晚上。”

这项调查于3月结束,涉及100多名研究人员,收集了超过10亿个星系的图像,这对于选择以DESI为目标的天体至关重要。

专为DESI勘测设计的新软件以及望远镜上的精确定位设备已帮助实现了自动的图像拍摄过程,设置了曝光时间和滤镜,并补偿了大气畸变和其他可能影响成像质量的因素。

来自调查的数据被路由到NERSC的超级计算机,该计算机将成为DESI数据的主要仓库。超级计算机Cori和Edison用于处理望远镜中的天空图像,并从中提取数十亿个信号源。

“仅仅处理数据就需要我们在世界上最强大的超级计算机之一上使用数百万小时,”迈尔斯说。

这些调查的最新一批成像数据称为DR8,最近已公开发布,并且在线Sky Viewer工具提供了对这些数据的虚拟浏览。计划在今年晚些时候发布最终数据。