Antes de DESI, el instrumento espectroscópico de energía oscura, puede comenzar su misión de 5 años desde la cima de una montaña de Arizona para producir el mapa celeste tridimensional más grande hasta el momento, Los investigadores primero necesitaban un mapa bidimensional del universo aún más grande.

El mapa 2-D, reconstruido a partir de 200, 000 imágenes de telescopios y varios años de datos de satélite, carece de información sobre las distancias de las galaxias, y DESI proporcionará esto y proporcionará otros detalles útiles midiendo las firmas de color y el "desplazamiento al rojo" de las galaxias y quásares en su estudio. Los colores más rojos de los objetos proporcionan información reveladora sobre su distancia a la Tierra y sobre la rapidez con la que se alejan de nosotros, y este fenómeno se conoce como desplazamiento al rojo.

En el final, este mapa 2-D del universo es el más grande de todos los tiempos, basado en el área de cielo cubierto, su profundidad en la imagen de objetos débiles, y sus más de mil millones de imágenes de galaxias.

El ambicioso Esfuerzo de 6 años para capturar imágenes y unirlas para este mapa 2-D, que involucró 1, 405 noches de observación en tres telescopios en dos continentes y años de datos de un satélite espacial, una cámara mejorada para captar imágenes de galaxias increíblemente débiles y distantes, 150 observadores y otros 50 investigadores de todo el mundo. El esfuerzo también requirió 1 petabyte de datos, suficiente para almacenar 1 millón de películas, y 100 millones de horas de CPU en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética de Berkeley Lab (NERSC).

El mapa 2-D prepara el escenario para las observaciones DESI, con el objetivo de resolver el misterio de la energía oscura

"Este es el mapa más grande en casi cualquier medida, "dijo David Schlegel, científico del coproyecto de DESI que dirigió el proyecto de imágenes, conocido como las encuestas de imágenes heredadas de DESI. Schlegel es cosmólogo en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía de EE. UU. que es la institución líder de la colaboración internacional DESI.

El mapa cubre la mitad del cielo, y se extiende digitalmente a más de 10 billones de píxeles, que equivale a un mosaico de 833, 000 fotos de teléfonos inteligentes de alta resolución. La colaboración DESI cuenta con alrededor de 600 científicos participantes de 54 instituciones de todo el mundo.

Visible públicamente en legacysurvey.org/viewer, el mapa Sky Viewer incluye 2 mil millones de objetos, más de la mitad de los cuales son galaxias, y numerosos filtros en los que se puede hacer clic para seleccionar entre tipos de objetos o estudios específicos. Algunos de los objetos están etiquetados individualmente, y los espectadores pueden optar por mostrar constelaciones, por ejemplo, y galaxias y quásares que serán fotografiados por DESI. Los quásares se encuentran entre los objetos más brillantes del universo, con agujeros negros supermasivos en su centro que emiten poderosos chorros de materia.

DESI está equipado con una matriz de 5, 000 giratorio, robots automatizados, cada uno porta un delgado cable de fibra óptica que apunta a objetos individuales. Estos cables recogerán la luz de 35 millones de galaxias y 2,4 millones de cuásares durante los cinco años de observaciones DESI.

El propósito principal de compilar los datos del mapa 2-D es identificar estos objetivos de galaxias y quásares para DESI, que medirá su luz para señalar su desplazamiento al rojo y la distancia. Esto finalmente proporcionará nuevos detalles sobre la misteriosa energía oscura que está impulsando la expansión acelerada del universo.

Nathalie Palanque-Delabrouille, Co-portavoz de DESI y cosmólogo en la Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica (CEA), señaló que la tasa de expansión ha evolucionado, y hay muchas preguntas sin respuesta sobre los cambios en esta tasa.

"Nuestro universo tuvo una historia sorprendente, ", explicó." Durante la primera mitad de su vida, su expansión fue impulsada principalmente por la materia oscura que contiene. "La materia oscura es materia desconocida, que constituye el 85 por ciento de toda la materia en el universo y hasta ahora solo se ha observado indirectamente a través de sus efectos gravitacionales sobre la materia normal.

"Sin embargo, en los últimos 7 mil millones de años, la expansión de nuestro universo se ha acelerado gradualmente bajo la influencia de una misteriosa energía oscura, " ella añadió, "y el objetivo de DESI es aclarar con precisión este panorama general al revelar qué es la energía oscura".

Palanque-Delabrouille ha estado involucrado en el esfuerzo de elegir objetivos para que DESI los observe a partir de los datos de las encuestas. Señaló que DESI recogerá luz de una mezcla de galaxias a varias distancias, incluidas las galaxias brillantes que se encuentran a 4 mil millones de años luz de la Tierra, las llamadas galaxias rojas que nos permiten ver hace 8 mil millones de años, galaxias azules muy jóvenes o galaxias de "línea de emisión" que se remontan más atrás hace 10 mil millones de años, y finalmente quásares, que son tan brillantes que se pueden ver hasta 12 mil millones de años luz de distancia.

"Haber logrado recopilar y procesar estos datos de imágenes es realmente un logro importante. DESI no llegaría a ninguna parte sin estudios de imágenes tan grandes, " ella dijo.

El software guía el plan de observación, y estandariza y une los datos de imágenes

Reunir todas las imágenes de las encuestas DESI para crear un mapa del cielo sin fisuras no fue una tarea trivial, Schlegel explicó. "Uno de los objetivos es obtener una imagen realmente uniforme uniendo varias observaciones, ", dijo." Empezamos dispersos. Y las cámaras tienen huecos, se pierden cosas. Parte del desafío aquí fue planificar el programa de observación para poder llenar todos los vacíos; ese fue un gran desafío logístico. Tienes que asegurarte de que sea lo más homogéneo posible ".

Las tres encuestas que componen las encuestas DESI Legacy Imaging Surveys llevaron a cabo imágenes en tres colores diferentes, y cada estudio tomó tres imágenes separadas de las mismas áreas del cielo para asegurar una cobertura completa. Esta nueva Los datos de imágenes terrestres también se complementaron con datos de imágenes de la misión satelital Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA. que recogió imágenes espaciales en cuatro bandas de luz infrarroja.

Para el esfuerzo de toma de datos de Legacy Imaging Surveys, Schlegel diseñó un código, mejorado con el tiempo, que ayudó a calcular el mejor enfoque y el mejor momento para capturar las mejores imágenes para cubrir completamente la mitad del cielo, considerando horas de oscuridad, clima, tiempo de exposición, trayectorias planetarias y satelitales, y el brillo y la ubicación de la luna, entre otras variables.

Dustin Lang, Científico de imágenes DESI en el Instituto Perimetral de Física Teórica en Canadá, desempeñó un papel clave en la estandarización de todos los datos de imágenes de los levantamientos terrestres y aéreos y en unirlos.

En algunas imágenes, Lang señaló, "el cielo puede estar realmente estable y tranquilo, "mientras que en otra noche" podríamos tener nubes de luz o simplemente una atmósfera turbulenta que hace que las imágenes se vean borrosas. "Su desafío:desarrollar un software que reconozca los datos buenos sin diluirlos con los datos malos". En qué queríamos pensar es cómo se veían las estrellas y las galaxias sobre la atmósfera, " él dijo, y para asegurarse de que las imágenes coincidan incluso cuando se tomaron en diferentes condiciones.

Lang creó "El tractor, "un modelo del cielo llamado" basado en inferencias ", comparar con los datos de la forma y el brillo de los objetos fotografiados por diferentes encuestas y seleccionar el que mejor se ajuste. El tractor se basó en gran medida en los recursos de supercomputadoras del NERSC de Berkeley Lab para procesar los datos de Legacy Imaging Surveys y garantizar su calidad y consistencia.

Fue Lang, también, quien reconoció la popularidad potencial de la herramienta de visualización creada para los datos de imágenes, que fue adaptada del software de mapas de calles, y la presentó al público como el mapa interactivo Sky Viewer.

La herramienta de visualización El lo notó, fue utilizado originalmente por los investigadores de DESI para verificar las discrepancias de datos en las imágenes de las encuestas. "Transformó la forma en que nuestro equipo interactuaba con los datos. De repente se sintió mucho más real que pudiéramos desplazarnos por el cielo y explorar problemas individuales con nuestros datos. Resultó ser sorprendentemente poderoso".

Los datos de imágenes de 3 encuestas dan origen a otras investigaciones científicas

Arjun Dey, el científico del proyecto DESI para NOIRLab de la National Science Foundation, que incluye el sitio del Observatorio Nacional de Kitt Peak donde se encuentra DESI, fue uno de los principales contribuyentes a dos de las tres encuestas por imágenes, sirviendo como el científico principal de Mayall z-band Legacy Survey (MzLS) llevada a cabo en Kitt Peak, y como científico co-líder con Schlegel para la Dark Energy Camera Legacy Survey (DECaLS) realizada en un sitio de NOIRLab en Chile.

La tercera encuesta preparatoria de DESI, conocido como Beijing-Arizona Sky Survey o (BASS), se llevó a cabo en Kitt Peak y contó con el apoyo de una colaboración internacional que incluyó la Academia de Ciencias de China y la Universidad de Arizona.

Investigadores de China realizaron más de 90 viajes a Kitt Peak para realizar observaciones para BASS, que fue apoyado por una colaboración internacional que incluyó los Observatorios Astronómicos Nacionales de China (NAOC) y la Universidad de Arizona. "Un equipo de investigación conjunto de más de 40 personas de 11 institutos en China y los EE. UU. Participó en BASS y contribuyó al éxito de esta publicación de datos, "dijo Hu Zou, astrofísico en el Laboratorio Clave de Astronomía Óptica en Beijing y co-investigador principal de BASS. "Este equipo también jugará un papel importante en el futuro de la encuesta DESI y las ciencias relacionadas, "añadió.

La encuesta MzLS, mientras tanto, presentó una cámara reconstruida diseñada para ver la luz infrarroja emitida por distantes, galaxias tenues. Equipado con cuatro grandes, sensores de captura de luz ultrasensibles, llamados CCD, la cámara de estudio MzLS produjo imágenes de galaxias 10 veces más tenues que las muestreadas en un estudio anterior. El propio DESI está equipado con CCD muy similares que le permiten capturar la luz de objetos a una distancia de hasta 12 mil millones de años luz. y ambos conjuntos de CCD se desarrollaron en Berkeley Lab.

El esfuerzo colectivo de las tres encuestas, Dey dijo:"fue uno de los más uniformes, estudios profundos del cielo que se hayan realizado. Fue muy emocionante participar ".

Todos los datos sin procesar de las encuestas por imágenes se han entregado a la comunidad científica y al público. Esta publicación de datos final, conocido como Data Release 9 o DR9, ha sido precedido por otras ocho publicaciones de datos. Los datos ya han generado varios proyectos de investigación dispares, including citizen science efforts that utilize the wisdom of crowds.

Dey, along with Schlegel, is a part of a research effort that uses a machine-learning algorithm to automatically identify light-bending phenomena known as gravitational lenses in the DESI surveys data, por ejemplo.

Aaron Meisner, a NOIRLab researcher and DESI participant, is also involved in the lensing study and in a citizen science project called Backyard Worlds:Planet 9, which calls for the general public's help in finding a possible ninth planet in our solar system by studying space images. Participants have already found numerous new brown dwarfs, which are small, cold stars unable to sustain fusion burn.

Galaxy Zoo, another citizen science project, opens up DESI's DECaLS survey data to the public to get help with galaxy classifications.

"The imaging data provides a deep resource that is essential to carry out DESI's unique mission while giving the scientific community access to an extraordinary dataset, " said DESI Director Michael Levi, a senior scientist at Berkeley Lab. "We look forward to using these imaging data to yield new clues and reveal the secrets of our expanding universe."