stringtranslate.com

Спектроскопический прибор темной энергии

Спектроскопический прибор темной энергии ( DESI ) — это научно-исследовательский инструмент для проведения спектрографических астрономических исследований далеких галактик . Его основными компонентами являются фокальная плоскость, содержащая 5000 волоконно-позиционирующих роботов, и банк спектрографов , которые питаются от волокон. Инструмент позволяет проводить эксперимент по исследованию истории расширения Вселенной и загадочной физики темной энергии . [1] [2] Основное исследование DESI началось в мае 2021 года. DESI находится на высоте 6880 футов (2100 м), где он был модернизирован на телескопе Mayall на вершине Китт-Пик в пустыне Сонора , которая находится в 55 милях (89 км) от Тусона, штат Аризона , США.

Инструмент эксплуатируется Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли при финансировании Управления науки Министерства энергетики США . Строительство инструмента в основном финансировалось Управлением науки Министерства энергетики США и другими многочисленными источниками, включая Национальный научный фонд США , Совет по научным и технологическим объектам Великобритании , Комиссию по атомной энергии и альтернативным источникам энергии Франции , Национальный совет по науке и технологиям Мексики , Министерство науки и инноваций Испании , Фонд Гордона и Бетти Мур , Фонд Хайзинга-Саймонса и сотрудничающие учреждения по всему миру. [3] [4]

Научные цели

Художественное восхваление данных первого года работы спектроскопического прибора темной энергии (DESI), демонстрирующее фрагмент более крупной трехмерной карты, которую DESI создает в ходе своего пятилетнего исследования.

История расширения и крупномасштабная структура Вселенной являются ключевым предсказанием космологических моделей , и наблюдения DESI позволят ученым исследовать различные аспекты космологии, от темной энергии до альтернатив Общей теории относительности , от масс нейтрино до ранней Вселенной. Данные DESI будут использованы для создания трехмерных карт распределения материи, охватывающих беспрецедентный объем Вселенной с беспрецедентной детализацией. Это даст представление о природе темной энергии и установит, является ли космическое ускорение следствием модификации Общей теории относительности в космических масштабах. DESI будет трансформирующим в понимании темной энергии и скорости расширения Вселенной в ранние времена, одной из величайших загадок в понимании физических законов.

DESI будет измерять историю расширения Вселенной, используя барионные акустические колебания (BAO), запечатленные в скоплении галактик, квазаров и межгалактической среде. [5] Метод BAO является надежным способом извлечения информации о космологическом расстоянии из скопления материи и галактик. Он опирается только на очень крупномасштабную структуру и делает это таким образом, что позволяет ученым отделить акустический пик сигнатуры BAO от неопределенностей в большинстве систематических ошибок в данных. BAO был определен в отчете Целевой группы по темной энергии 2006 года как один из ключевых методов изучения темной энергии. [6] В мае 2014 года Консультативная группа по физике высоких энергий, федеральный консультативный комитет, уполномоченный Министерством энергетики США (DOE) и Национальным научным фондом (NSF), одобрила DESI. [7]

3D карта вселенной

Сравнение обзора Слоуна слева, включающего около 4 миллионов галактик и квазаров, проведенных с 2000 по 2020 год, и обзора DESI справа, включающего около 7,5 миллионов за первые 7 месяцев, начавшегося в 2021 году и, как ожидается, завершенного к 2026 году с 35 миллионами. [8] [9]

Метод барионных акустических колебаний требует трехмерной карты далеких галактик и квазаров, созданной на основе информации об угловом и красном смещении большой статистической выборки космологически далеких объектов. Получая спектры далеких галактик, можно определить их расстояние с помощью измерения их спектроскопического красного смещения и, таким образом, создать трехмерную карту Вселенной. [10] Трехмерная карта крупномасштабной структуры Вселенной также содержит больше информации о темной энергии, чем просто BAO, и чувствительна к массе нейтрино и параметрам, которые управляли изначальной Вселенной. Ожидается, что в ходе пятилетнего исследования, которое началось 15 мая 2021 года, эксперимент DESI будет наблюдать 40 миллионов галактик и квазаров. [11]

Разработка

Инструмент DESI реализует новый высокомультиплексированный оптический спектрограф на телескопе Mayall. [12] Новая конструкция оптического корректора создает очень большое поле зрения в 8,0 квадратных градусов на небе, которое в сочетании с новой фокальной плоскостью весит приблизительно 10 тонн. Фокальная плоскость вмещает 5000 небольших управляемых компьютером волоконных позиционеров с шагом 10,4 миллиметра. Вся фокальная плоскость может быть перенастроена для следующей экспозиции менее чем за две минуты, пока телескоп поворачивается к следующему полю. Инструмент DESI способен снимать 5000 одновременных спектров в диапазоне длин волн от 360 нм до 980 нм. Объем проекта DESI включал строительство, установку и ввод в эксплуатацию нового широкоугольного корректора и опорной конструкции корректора для телескопа, узла фокальной плоскости с 5000 роботизированных позиционеров волокна и десятью датчиками направления/фокусировки/выравнивания, 40-метровой оптоволоконной кабельной системы, которая доставляет свет из фокальной плоскости в спектрографы, десять 3-плечевых спектрографов, систему управления приборами и конвейер анализа данных.

Изготовлением приборов руководила Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли , которая курирует работу эксперимента, включая международное научное сотрудничество из 600 человек. Стоимость строительства составила 56 млн долларов США из Управления науки Министерства энергетики США, а также дополнительно 19 млн долларов США из других нефедеральных источников, включая взносы в натуральной форме. В настоящее время руководство DESI состоит из директора, доктора Майкла Э. Леви, содокладчиков по сотрудничеству профессора Алекси Лото и профессора Уилла Персиваля, ученых проекта доктора Дэвида Дж. Шлегеля и доктора Жюльена Гая, менеджера проекта доктора Патрика Джелинского, ученых по приборам профессора Клауса Хоншайда и профессора Констанс Рокози . Предыдущими докладчиками по сотрудничеству были профессора Дэниел Эйзенштейн , профессор Риса Векслер , профессор Кайл Доусон и доктор Натали Паланке-Делабруй.

DOE одобрило CD-0 (Миссия) 18 сентября 2012 года, одобрило CD-1 (Альтернативный выбор и диапазон стоимости) 19 марта 2015 года и CD-2 (Базовый показатель производительности) 17 сентября 2015 года. Одобрение Конгресса на начало DESI в качестве нового основного элемента оборудования было предусмотрено в законодательстве об ассигнованиях на энергетику и водоснабжение на 2015 финансовый год. Строительство нового инструмента началось 22 июня 2016 года с одобрения CD-3 (Начало строительства) и было в основном собрано к 2019 году, а ввод в эксплуатацию завершился 21 марта 2020 года до пандемии и ознаменовал официальное завершение проекта (CD-4). [13] DESI был завершен в рамках бюджета на 1,9 млн долларов и на 17 месяцев раньше запланированного срока. В результате проект получил премию DOE Project Management Excellence Award за 2020 год. [14] После паузы из-за пандемии и перехода на удаленную работу DESI вернулся к исследовательским работам в декабре 2020 года с финальной фазой проверки и валидации перед началом запланированного пятилетнего исследования. Пятилетнее исследование началось 14 мая 2021 года. [15] DESI был закрыт на три месяца летом 2022 года из-за пожара в Контрерасе, охватившего Китт-Пик. DESI не пострадал и получает научные данные. [16]

Исследования изображений DESI Legacy

Чтобы обеспечить цели для обзора DESI, три телескопа обследовали северное и часть южного неба в g, r и z-диапазонах . Эти обзоры были Пекинско-Аризона Sky Survey (BASS) с использованием 2,3-метрового телескопа Bok , Dark Energy Camera Legacy Survey (DECaLS) с использованием 4-метрового телескопа Blanco и Mayall z-band Legacy Survey (MzLS) с использованием 4-метрового телескопа Mayall . Площадь обзоров составляет 14 000 квадратных градусов (около одной трети неба) и не включает Млечный Путь. Эти обзоры были объединены в DESI Legacy Imaging Surveys или Legacy Surveys. [17] [18] Цветные изображения обзора можно просмотреть в Legacy Survey Sky Browser. [19] Legacy survey охватывает 16 000 квадратных градусов ночного неба, содержащего 1,6 миллиарда объектов, включая галактики и квазары, возрастом до 11 миллиардов лет.

История

DESI получила добро на начало НИОКР для проекта в декабре 2012 года с назначением Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в качестве управляющей лаборатории. Доктор Майкл Леви, старший научный сотрудник Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, был назначен лабораторией на должность директора проекта DESI, который занимал эту должность с 2012 года и на протяжении всего строительства. Генри Хитдеркс был руководителем проекта с 2013 по 2016 год, Роберт Безунер был руководителем проекта с 2016 по 2020 год. Разрешение Конгресса было предоставлено в 2015 году, а Управление науки Министерства энергетики США одобрило начало физического строительства в июне 2016 года. Первый свет новой системы корректора был получен ночью 1 апреля 2019 года, а первый свет всего прибора был достигнут ночью 22 октября 2019 года. Ввод в эксплуатацию последовал после первого света и был завершен в марте 2020 года, затем был приостановлен во время пандемии в 2020 году. [20] DESI начал свое 5-летнее основное научное исследование 14 мая 2021 года. В настоящее время DESI работает в обычном режиме после того, как пережил пожар Контрерас в 2022 году. [21]

Публикация данных

Пример спектра, полученный DESI для раннего выпуска данных. На изображении показан спектр галактики LEDA 1787534.

Все общедоступные данные, включая каталоги красного смещения, каталоги с добавленной стоимостью и документацию, доступны через портал DESI sata. Лица с учетными записями в Национальном центре энергетических исследований (NERSC) могут получить доступ ко всей общедоступной части данных DESI. Каталоги DESI также существуют в формате базы данных. Для удобства копия общедоступных баз данных также размещена на научной платформе NOIRLab Astro Data Lab, а также с помощью лаборатории SPectral Analysis and Retrievable Catalog Lab (SPARCL). [22] Один из простых способов доступа к спектрам DESI онлайн — это использование устаревшего средства просмотра в DESI Legacy Imaging Surveys. [23] Пользователи должны установить флажок для спектров DESI и щелкнуть по обведенной галактике или звезде, чтобы появилась ссылка на средство просмотра спектров DESI. [24] Спектр можно изучить в средстве просмотра спектров DESI. [25] (См. Внешние ссылки в разделе Index| Legacy Surveys)

Ранний выпуск данных

13 июня 2023 года был объявлен выпуск ранних данных DESI (EDR). [26] EDR содержит спектры почти двух миллионов галактик, квазаров и звезд . [22] Один из ранних результатов EDR был объявлен в феврале 2023 года и описывал массовую миграцию звезд в галактику Андромеды . [27] EDR также выявил очень далекие квазары и звезды с очень низким содержанием металлов . [22] [28]

Возможно, развиваются уровни темной энергии

На основе уровня детализации, который можно наблюдать, была создана самая большая на данный момент трехмерная карта Вселенной (2024). [29] На основании этих точных данных директор DESI Майкл Леви заявил:

Мы также видим некоторые потенциально интересные различия, которые могут указывать на то, что темная энергия эволюционирует с течением времени. Они могут исчезнуть или не исчезнуть с появлением новых данных, поэтому мы с нетерпением ждем возможности начать анализировать наш трехлетний набор данных в ближайшее время. [30]

Ссылки

  1. ^ Bebek, CJ, ed. (2015-06-15). "DESI Design Report". Архивировано из оригинала 2019-03-31 . Получено 2016-02-12 .
  2. ^ Пултарова, Тереза ​​(16 февраля 2018 г.). «Как 5000 роботов размером с карандаш могут раскрыть тайны вселенной». Live Science .
  3. ^ Робертс-младший, Глен (28.10.2019). «DESI открывает свои 5000 глаз, чтобы запечатлеть цвета космоса». Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли . Получено 03.02.2020 .
  4. ↑ Телескоп отслеживает 35 миллионов галактик в ходе поиска темной энергии, отчет BBC Science, 28 октября 2019 г.
  5. ^ Seo, Hee-Jong; Eisenstein, Daniel J. (2003). «Исследование темной энергии с помощью барионных акустических колебаний из будущих обзоров красного смещения больших галактик». The Astrophysical Journal . 598 (2): 720–740. arXiv : astro-ph/0307460 . Bibcode : 2003ApJ...598..720S. doi : 10.1086/379122. S2CID  13849508.
  6. ^ Альбрехт, Андреас и др. (2006). «Отчет целевой группы по темной энергии». arXiv : astro-ph/0609591 .
  7. ^ «Строительство ради открытий: стратегический план для физики элементарных частиц в глобальном контексте» (PDF) . Май 2014 г.
  8. ^ "DESI в Китт-Пик картировал больше галактик, чем все предыдущие 3D-обзоры вместе взятые - спектроскопический инструмент DOE Dark Energy Spectroscopic Instrument прошел 7,5 миллионов измеренных красных смещений галактик". www.noirlab.edu . Получено 19.01.2022 .
  9. ^ "Сравнение полного обзора неба Sloan Digital Sky Survey и первых данных DESI". www.noirlab.edu . Получено 19.01.2022 .
  10. ^ Эйзенштейн, Дэниел и др. (2005). «Обнаружение пика барионного акустического сигнала в крупномасштабной корреляционной функции ярких красных галактик SDSS». The Astrophysical Journal . 633 (2): 560–574. arXiv : astro-ph/0501171 . Bibcode :2005ApJ...633..560E. doi :10.1086/466512. S2CID  4834543.
  11. ^ «Проект трехмерного картирования галактики вступает в фазу строительства». 2016-08-09.
  12. ^ Леви, Майкл и др. (4 августа 2013 г.). «Эксперимент DESI». arXiv : 1308.0847 [astro-ph.CO].
  13. ^ Прейсс, Пол (21.09.2015). «DESI, амбициозный проект по исследованию темной энергии, достигает следующего важного этапа».
  14. ^ "Управление науки награждает успешные команды по управлению проектами". Energy.gov . Получено 26.10.2022 .
  15. ^ Шульц, Билл (2021-05-17). "Успешный запуск спектроскопического прибора темной энергии (DESI) следует за рекордным пробным запуском - Berkeley Lab". Центр новостей . Получено 2022-10-26 .
  16. ^ Бирон, Лорен (2022-10-07). «После пожара и муссонов DESI возобновляет каталогизацию космоса». Центр новостей . Получено 2022-10-26 .
  17. ^ Дей, Арджун; Шлегель, Дэвид Дж.; Лэнг, Дастин; Блюм, Роберт; Берли, Кайлан; Фань, Сяохуэй; Финдли, Джозеф Р.; Финкбайнер, Дуг; Эррера, Дэвид; Джуно, Стефани; Ландрио, Мартин (май 2019 г.). «Обзор исследований устаревших изображений DESI». Астрономический журнал . 157 (5): 168. arXiv : 1804.08657 . Бибкод : 2019AJ....157..168D. дои : 10.3847/1538-3881/ab089d . HDL : 10150/633730 . ISSN  0004-6256. S2CID  56335994.
  18. ^ "Индекс". Legacy Survey . 2012-11-08 . Получено 2020-02-04 .
  19. ^ "Legacy Survey Sky Browser". legacysurvey.org . Получено 2020-02-04 .
  20. ^ Линкольн, Дон. «Суперновый телескоп впервые открывает глаза». Forbes . Получено 09.11.2019 .
  21. ↑ Хилл, Саманта (26 октября 2022 г.). «Национальная обсерватория Китт-Пик в основном функционирует после пожара». Astronomy.com . Получено 26 октября 2022 г.
  22. ^ abc "Почти два миллиона галактик, квазаров и звезд содержатся в раннем выпуске данных DESI - Первая небольшая часть гигантского космического обзора опубликована и теперь доступна через лабораторию в Беркли Министерства энергетики США, а часть размещена в Лаборатории астроданных NOIRLab". noirlab.edu . Получено 13 июня 2023 г.
  23. ^ Обзор, Наследие (2022-09-02). "Индекс". Наследие Обзор . Получено 2024-04-13 .
  24. ^ "Legacy Survey Sky Browser с включенным ранним выпуском данных DESI (с центром вокруг галактики IC 753)". www.legacysurvey.org . Получено 13 июня 2023 г.
  25. ^ "DESI spectrumal viewer (Спектр галактики IC 753)". www.legacysurvey.org . Получено 2023-06-13 .
  26. ^ Бирон, Лорен (13 июня 2023 г.). «DESI Early Data Release Holds Nearly Two Million Objects» (Ранний выпуск данных DESI содержит около двух миллионов объектов). Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли . Получено 16 июня 2023 г.
  27. ^ "В галактике Андромеды обнаружены следы галактической иммиграции - спектроскопический прибор темной энергии выявил убедительные доказательства массовой миграции звезд в галактику, отличную от Млечного Пути". noirlab.edu . Получено 13 июня 2023 г.
  28. ^ Альенде Прието, Карлос; Агуадо, Дэвид С.; Гонсалес Эрнандес, Хоней И.; Реболо, Рафаэль; Наджита, Джоан; Мансер, Кристофер Дж.; Рокози, Констанция; Слепян, Закари; Мескуа, Мар ; Валлури, Моника; Эззеддин, Рана; Копосов Сергей Евгеньевич; Купер, Эндрю П.; Дей, Арджун; Генсике, Борис Т. (01 июня 2023 г.). «Последующие наблюдения GTC за кандидатами в звезды с очень плохим металлом из DESI». Астрофизический журнал . 957 (2): 76. arXiv : 2306.06321 . Бибкод : 2023ApJ...957...76A. дои : 10.3847/1538-4357/acfa96 .
  29. ^ Клоу, Дуглас; Симард, Люк (2002), Первые результаты обзора далеких скоплений ESO, симпозиумы ESO Astrophysics, Берлин/Гейдельберг: Springer-Verlag, стр. 69–74, doi :10.1007/10856495_8, ISBN 3-540-43769-X, получено 2024-04-13
  30. ^ Бирон, Лорен (4 апреля 2024 г.). «Первые результаты DESI дают самые точные измерения нашей расширяющейся Вселенной». Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли . Получено 15 апреля 2024 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Спектроскопический прибор темной энергии» .