Astronomen hebben met behulp van beelden van Kitt Peak National Observatory en Cerro Tololo Inter-American Observatory de grootste kaart van de hemel ooit gemaakt. bestaande uit meer dan een miljard sterrenstelsels. De negende en laatste gegevensrelease van de ambitieuze DESI Legacy Imaging Surveys vormt de basis voor een baanbrekend vijfjarig onderzoek met het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), die tot doel heeft nieuwe inzichten te verschaffen in de aard van donkere energie. De kaart is vandaag vrijgegeven tijdens de bijeenkomst van de American Astronomical Society in januari 2021.

Al millennia gebruiken mensen kaarten om onze wereld te begrijpen en te navigeren en om onszelf in een context te plaatsen:we vertrouwen op kaarten om ons te laten zien waar we zijn, waar we vandaan kwamen, en waar we heen gaan. Astronomische kaarten zetten deze traditie op grote schaal voort. Ze situeren ons in de kosmos en vertellen het verhaal van de geschiedenis en het lot van het heelal:het zal voor altijd uitdijen, de expansie versnelt momenteel vanwege een onbekende hoeveelheid die donkere energie wordt genoemd. Astronomische kaarten kunnen helpen verklaren wat deze donkere energie is en waarom het bestaat.

Om van die mogelijkheid te profiteren, is een ongekende kaart nodig, een kaart die zwakke sterrenstelsels uniformer en over een groter hemelgebied in kaart brengt dan ooit tevoren. Om die uitdaging aan te gaan, astronomen hebben nu een nieuwe tweedimensionale kaart van de lucht gemaakt die de grootste is die ooit is gemaakt in termen van luchtdekking, gevoeligheid, en het totale aantal in kaart gebrachte sterrenstelsels.

Van de meer dan 1 miljard sterrenstelsels op de kaart, astronomen zullen tientallen miljoenen sterrenstelsels selecteren voor verder onderzoek met het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), om de grootste 3D-kaart ooit te maken. De resultaten van het DESI-onderzoek, die zal worden uitgevoerd bij Kitt Peak National Observatory (KPNO), een programma van NOIRLab van de National Science Foundation, zal uiteindelijk nieuwe inzichten opleveren in de aard van donkere energie.

De nieuwe kaart is het resultaat van de DESI Legacy Imaging Surveys, een ambitieuze 6-jarige inspanning met 1405 waarnemingsnachten met drie telescopen, jaar aan gegevens van een ruimtetelescoop, 150 waarnemers en 50 andere onderzoekers van over de hele wereld, 1 petabyte aan gegevens (1000 biljoen bytes), en 100 miljoen CPU-uren op een van 's werelds krachtigste computers. De beelden zijn gemaakt bij KPNO en Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), ook een programma van NOIRLab, en aangevuld met beelden van NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) missie. De gegevens werden gereduceerd in het National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) van Berkeley Lab.

De kaart beslaat de helft van de lucht, digitaal verspreid over 10 biljoen pixels, wat overeenkomt met een mozaïek van 833, 000 smartphonefoto's met hoge resolutie, en is een van de meest uniforme, diepe onderzoeken van de hemel die ooit zijn uitgevoerd. "Dit is in bijna elke maat de grootste kaart, " zei David Schlegel, co-projectwetenschapper voor DESI die ook mede-leider was van het beeldvormingsproject. Schlegel is een astrofysicus bij het Lawrence Berkeley National Laboratory van het Department of Energy (Berkeley Lab), de leidende instelling voor de internationale DESI-samenwerking.

Arjun Dey, de DESI-projectwetenschapper voor NOIRLab, mede-leider van twee van de drie beeldvormingsonderzoeken, dienen als de hoofdwetenschapper voor de Mayall z-band Legacy Survey (MzLS) waargenomen door de Mosaic3-camera op de Nicholas U. Mayall 4-meter Telescope bij KPNO, en als co-lead scientist met Schlegel voor de Dark Energy Camera Legacy Survey (DECaLS) op DECam op de Víctor M. Blanco 4-meter Telescope bij CTIO in Chili.

Het derde onderzoek is de Beijing-Arizona Sky Survey (BASS) waargenomen door de 90Prime-camera op de Bok 2,3-meter telescoop, die eigendom is van en wordt geëxploiteerd door de Universiteit van Arizona en gevestigd is bij KPNO.

De gezamenlijke inspanning van de drie onderzoeken, Dey zei, "was een van de meest uniforme, diepe onderzoeken van de hemel die ooit zijn uitgevoerd. Het was heel spannend om mee te doen."

De DESI-samenwerking zal 35 miljoen sterrenstelsels en 2,4 miljoen quasars op de kaart selecteren - sommige zo ver weg als 12 miljard lichtjaar - als doelen voor het DESI-onderzoek. Meer dan vijf jaar operaties, DESI zal een gigantische 3D-kaart van het heelal maken door de afstanden van de sterrenstelsels en de snelheid waarmee ze van ons weg bewegen te meten. Om deze metingen te doen, DESI zal de vingerafdruk van een sterrenstelsel nemen door het spectrum ervan te meten:het licht van individuele sterrenstelsels zal worden verspreid in fijne kleurbanden.

Het zo snel vastleggen van de spectra van zoveel sterrenstelsels vereist een hoge mate van automatisering. DESI—uitgerust met een reeks van 5000 zwenkbare, geautomatiseerde robots, elk met een dunne glasvezelkabel die naar individuele sterrenstelsels kan wijzen - is ontworpen om de spectra van 5000 sterrenstelsels tegelijk te meten. De resultaten zullen uiteindelijk nieuwe inzichten opleveren in de mysterieuze donkere energie die de versnelde uitdijing van het heelal aandrijft.

De zoektocht om de aard van donkere energie te begrijpen heeft geleid tot grote mogelijkheden voor ontdekking in andere gebieden van de astronomie. Adam Bolton, Directeur van het Community Science and Data Center van NOIRLab, legde uit:"Om enkele van de grootste mysteries in de fundamentele fysica van vandaag op te lossen, we zijn gedreven om enorme digitale databases van sterren en sterrenstelsels te creëren, die op hun beurt een nieuwe benadering van datamining mogelijk maken om aanvullende astronomische ontdekkingen te doen."

Met de voltooiing van de DESI Legacy Imaging Surveys, alle gegevens zijn vrijgegeven aan de wetenschappelijke gemeenschap en het publiek. Deze definitieve gegevensrelease, bekend als Data Release 9, is voorafgegaan door acht andere tussentijdse gegevensreleases.

NOIRLab zal deze dataproducten hosten in het Astro Data Archive, van de originele afbeeldingen die met de telescopen zijn gemaakt tot de catalogi die de posities en andere eigenschappen van sterren en sterrenstelsels rapporteren. Astro Data Lab dient ook de catalogi als databases, die astronomen eenvoudig kunnen analyseren met behulp van de Astro Data Lab-tools en -services, en koppel ze aan andere datasets, meer mogelijkheden voor ontdekking geven. In aanvulling, Astro Data Lab biedt astronomen bijvoorbeeld wetenschappelijke toepassingen en tutorials om te helpen bij hun onderzoek. De DESI Legacy Imaging Surveys-gegevens zijn al gebruikt voor veel andere onderzoeksprojecten, inclusief burgerwetenschappelijke inspanningen die gebruikmaken van de wijsheid van de menigte.