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宇宙的樣子,中外科學(xué)家聯(lián)合發(fā)布巨幅宇宙二維天圖
最后更新: 2021-01-14 15:02:21據(jù)“中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)”公眾號(hào)消息,北京時(shí)間2021年1月14日,國(guó)家天文臺(tái)北京-亞利桑那巡天(BASS)團(tuán)隊(duì)和暗能量光譜巡天(DESI)國(guó)際合作項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)聯(lián)合發(fā)布了最新巨幅宇宙二維天圖,為即將開始的新一代宇宙學(xué)紅移巡天構(gòu)建三維宇宙鋪平了道路。
現(xiàn)代流行的宇宙起源學(xué)說認(rèn)為我們的宇宙起源于137億前的一次大爆炸。大爆炸理論認(rèn)為宇宙最初所有的能量都集中于密度極大且溫度極高的點(diǎn)。大爆炸之后,宇宙不斷地膨脹,溫度逐漸降低,物質(zhì)也不斷產(chǎn)生和聚集,形成了我們現(xiàn)在能看到恒星和星系。
近代天文觀測(cè)證實(shí)了宇宙在不斷膨脹,而且處于加速膨脹狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)宇宙膨脹的力量被天文學(xué)家稱為暗能量。暗能量至今還是一個(gè)謎團(tuán),它占宇宙組成約68%,剩余物質(zhì)為暗物質(zhì)和普通重子物質(zhì)。
圖1. 宇宙的組成成分
通過對(duì)宇宙中大量星系的光譜觀測(cè),人們能夠準(zhǔn)確獲得星系的退行速度,也就是紅移,從而獲得天體的距離。大規(guī)模星系的紅移測(cè)量能夠準(zhǔn)確刻畫出宇宙物質(zhì)的三維分布,精確勾勒出暗能量對(duì)宇宙膨脹的影響。
DESI被稱為第四代宇宙學(xué)巡天項(xiàng)目,是美國(guó)能源部支持的國(guó)際合作項(xiàng)目,中國(guó)也參與其中。它計(jì)劃利用5年的時(shí)間,獲取數(shù)千萬(wàn)星系的紅移,構(gòu)建當(dāng)前最大的三維宇宙,有望揭露暗能量的神秘面紗。
在開展DESI光譜紅移巡天之前,研究人員需要獲得比以往面積更大、更深的宇宙二維圖像來滿足大規(guī)模光譜觀測(cè)的需求。而我們只有5年左右的時(shí)間獲取這樣的圖像數(shù)據(jù)。因此DESI尋求與多個(gè)天文臺(tái)開展國(guó)際合作。
經(jīng)國(guó)家天文臺(tái)和DESI國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)近200名科研人員的不懈努力,歷時(shí)6年進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析,對(duì)觀測(cè)的圖像拼接,打造了巨幅宇宙二維天圖。該宇宙二維天圖覆蓋了兩萬(wàn)平方度的天空,約為全天球面積的一半,容納了10萬(wàn)億數(shù)碼像素,包含了20億天體。
圖2. 此次發(fā)布的巨幅二維宇宙圖像,面積約2萬(wàn)平方度。BASS觀測(cè)天區(qū)為圖中偏藍(lán)色的區(qū)域。其中放大的子圖展示了位于BASS巡天范圍內(nèi)的候選光譜觀測(cè)目標(biāo)(圖源:DESI圖像巡天數(shù)據(jù)的發(fā)布網(wǎng)站)
這些深度圖像數(shù)據(jù)是DESI光譜巡天順利進(jìn)行的第一要素。在構(gòu)建的巨幅宇宙二維天圖中,國(guó)家天文臺(tái)聯(lián)合美國(guó)亞利桑那大學(xué)開展的北京-亞利桑那巡天貢獻(xiàn)了北半球的星空。
圖3. BASS巡天使用的2.3米望遠(yuǎn)鏡。背景圓頂為DESI所使用的4米望遠(yuǎn)鏡
BASS巡天聯(lián)合了國(guó)內(nèi)高校和國(guó)外合作單位組建了專門的觀測(cè)隊(duì)伍,前往美國(guó)亞利桑那州基特峰進(jìn)行巡天觀測(cè)。總共獲得觀測(cè)時(shí)間387天,這是國(guó)內(nèi)天文學(xué)家使用國(guó)外望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)時(shí)間最長(zhǎng)的紀(jì)錄。自2015年開始,歷時(shí)4年零3個(gè)月,參與人次數(shù)超90人次,培養(yǎng)了大批青年觀測(cè)人才。
BASS巡天觀測(cè)已于2019年3月圓滿結(jié)束。針對(duì)圖像巡天的數(shù)據(jù)獲取,研究人員開發(fā)了自動(dòng)化觀測(cè)和質(zhì)量控制軟件,能夠?qū)崟r(shí)獲取最優(yōu)觀測(cè)的圖像,并自動(dòng)制定觀測(cè)計(jì)劃。
圖4. 參與BASS巡天項(xiàng)目的觀測(cè)人員,多數(shù)為青年科研人員和學(xué)生
BASS數(shù)據(jù)團(tuán)隊(duì)獨(dú)立開發(fā)了數(shù)據(jù)處理軟件,并利用阿里云的云計(jì)算資源進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,發(fā)布了三個(gè)版本的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。BASS巡天團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)為DESI光譜選源發(fā)布了8個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
此次公布的數(shù)據(jù)是經(jīng)過1年半時(shí)間的處理后發(fā)布DESI光譜選源的最終版本數(shù)據(jù),包括了最大面積的觀測(cè)圖像和最準(zhǔn)確的天體測(cè)量。作為DESI項(xiàng)目順利實(shí)施的保障,此次發(fā)布的巡天數(shù)據(jù)也將成為全球天文界的數(shù)據(jù)遺產(chǎn),發(fā)揮更廣泛的科研價(jià)值。同時(shí),中國(guó)天文學(xué)家因BASS巡天的貢獻(xiàn),成為DESI項(xiàng)目的創(chuàng)始成員,將在未來光譜觀測(cè)和科學(xué)研究中發(fā)揮重要作用。
圖5.BASS觀測(cè)部分天體彩色圖像
作者簡(jiǎn)介
鄒虎, 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副研究員,從事大規(guī)模圖像和光譜巡天以及星系形成演化研究。 負(fù)責(zé)南銀冠u波段巡天和北京-亞利桑那巡天,深度參與了SDSS和DESI光譜巡天國(guó)際合作,目前是DESI項(xiàng)目董事會(huì)成員。
- 原標(biāo)題:中外科學(xué)家聯(lián)合發(fā)布20億天體巨幅宇宙二維天圖
- 責(zé)任編輯: 連政 
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