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O universo é grande, e está ficando maior. Para estudar a energia escura, a força misteriosa por trás da expansão acelerada do nosso universo, os cientistas estão usando o Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) para mapear mais de 40 milhões de galáxias, quasares e estrelas. Hoje, a colaboração divulgou publicamente seu primeiro lote de dados, com quase 2 milhões de objetos para os pesquisadores explorarem.
O conjunto de dados de 80 terabytes vem de 2.480 exposições realizadas ao longo de seis meses durante a fase de “validação da pesquisa” do experimento em 2020 e 2021. Nesse período entre ligar o instrumento e iniciar a corrida científica oficial, os pesquisadores garantiram que seu plano de uso do O telescópio atingiria seus objetivos científicos – por exemplo, verificando quanto tempo leva para observar galáxias de brilho diferente e validando a seleção de estrelas e galáxias a serem observadas.
“O fato de o DESI funcionar tão bem e de a quantidade de dados de nível científico obtidos durante a validação do levantamento ser comparável a levantamentos do céu concluídos anteriormente é uma conquista monumental”, disse Nathalie Palanque-Delabrouille, co-porta-voz do DESI e cientista do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab), que gerencia o experimento. “Este marco mostra que o DESI é uma fábrica espectroscópica única cujos dados não apenas permitirão o estudo da energia escura, mas também serão cobiçados por toda a comunidade científica para abordar outros tópicos, como matéria escura, lentes gravitacionais e morfologia galáctica”.
Hoje, a colaboração também publicou um conjunto de artigos relacionados ao lançamento de dados iniciais, que incluem medições iniciais de agrupamento de galáxias, estudos de objetos raros e descrições do instrumento e operações de pesquisa. Os novos artigos baseiam-se na primeira medição do DESI da escala de distância cosmológica publicada em abril, que usou os primeiros dois meses de dados de pesquisa de rotina (não incluídos no lançamento inicial de dados) e também mostrou a capacidade do DESI de atingir seus objetivos de design.
O DESI usa 5.000 posicionadores robóticos para mover fibras ópticas que capturam a luz de objetos a milhões ou bilhões de anos-luz de distância. É o mais poderoso espectrógrafo multiobjeto do mundo, capaz de medir a luz de mais de 100.000 galáxias em uma noite. Essa luz informa aos pesquisadores a que distância um objeto está, construindo um mapa cósmico 3D.
“A validação da pesquisa foi muito importante para o DESI porque nos permitiu – antes de iniciar a pesquisa principal – ajustar nossa seleção de todos os objetos, incluindo estrelas, galáxias brilhantes, galáxias vermelhas luminosas, galáxias de linha de emissão e quasares”, disse Christophe Yeche, um cientista da Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atômica (CEA), que co-lidera o grupo de seleção de alvos. “Conseguimos otimizar nossa seleção e confirmar nossa estratégia de observação.”
À medida que o universo se expande, ele estende o comprimento de onda da luz, tornando-a mais vermelha – uma característica conhecida como desvio para o vermelho. Quanto mais distante a galáxia, maior o desvio para o vermelho. O DESI é especializado em coletar redshifts que podem ser usados para resolver alguns dos maiores quebra-cabeças da astrofísica: o que é a energia escura e como ela mudou ao longo da história do universo.
Embora o objetivo principal do DESI seja entender a energia escura, muitos dos dados também podem ser usados em outros estudos astronômicos. Por exemplo, o lançamento inicial de dados contém imagens detalhadas de algumas áreas bem conhecidas do céu, como o Hubble Deep Field.
“Existem alguns pontos bem percorridos onde perfuramos o céu”, disse Stephen Bailey, cientista do Berkeley Lab que lidera o gerenciamento de dados do DESI. “Realizamos imagens espectroscópicas valiosas em áreas que são de interesse para o resto da comunidade e esperamos que outras pessoas peguem esses dados e façam ciência adicional com eles”.
Duas descobertas interessantes já surgiram: evidências de uma migração em massa de estrelas para a galáxia de Andrômeda e quasares incrivelmente distantes, os buracos negros supermassivos extremamente brilhantes e ativos às vezes encontrados no centro das galáxias.
“Observamos algumas áreas em profundidade muito alta. As pessoas analisaram esses dados e descobriram quasares com desvio para o vermelho muito altos, que ainda são tão raros que basicamente qualquer descoberta deles é útil”, disse Anthony Kremin, pesquisador de pós-doutorado do Berkeley Lab, que liderou o processamento de dados para a liberação antecipada de dados. “Esses quasares de alto desvio para o vermelho são geralmente encontrados com telescópios muito grandes, então o fato de o DESI – um instrumento de pesquisa menor de 4 metros – poder competir com esses observatórios maiores e dedicados foi uma conquista da qual estamos muito orgulhosos e demonstra a rendimento excepcional do instrumento.”
A validação da pesquisa também foi uma chance de testar o processo de transformação de dados brutos dos dez espectrômetros do DESI (que dividem a luz de uma galáxia em cores diferentes) em informações úteis.
“Se você olhasse para eles, as imagens vindas diretamente da câmera pareceriam absurdas – como linhas em uma imagem estranha e difusa”, disse Laurie Stephey, arquiteta de dados do National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC). supercomputador que processa os dados do DESI. “A mágica acontece no processamento e na capacidade do software de decodificar os dados. É empolgante termos a tecnologia para tornar esses dados acessíveis à comunidade de pesquisa e podermos apoiar essa grande questão de ‘o que é energia escura?’”
Os primeiros dados do DESI foram um projeto exclusivo do NERSC. Todo o código do experimento, incluindo o trabalho computacional pesado, é escrito na linguagem de programação Python, em vez do tradicional C++ ou Fortran.
“Essa foi a primeira vez que o uso puro do Python mostrou ser uma abordagem viável para um grande experimento no NERSC e, desde então, o Python tornou-se cada vez mais comum em nossa carga de trabalho do usuário”, disse Stephey.
A versão inicial dos dados do DESI agora está disponível para acesso gratuito por meio do NERSC.
Ainda há muitos dados por vir do experimento. Atualmente, o DESI está há dois anos em sua corrida de cinco anos e está adiantado em sua busca para coletar mais de 40 milhões de redshifts. A pesquisa já catalogou mais de 26 milhões de objetos astronômicos em sua corrida científica e está adicionando mais de um milhão por mês.
O DESI é apoiado pelo DOE Office of Science e pelo National Energy Research Scientific Computing Center, uma instalação do usuário do DOE Office of Science. Apoio adicional para o DESI é fornecido pela US National Science Foundation, Science and Technologies Facilities Council do Reino Unido, Gordon and Betty Moore Foundation, Heising-Simons Foundation, French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA), the French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA), the Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia do México, Ministério da Economia da Espanha e pelas instituições membros do DESI.
Kitt Peak National Observatory é um programa do NOIRLab da NSF.
A colaboração do DESI tem a honra de ser autorizada a realizar pesquisas científicas em Iolkam Du’ag (Kitt Peak), uma montanha com significado particular para a Nação Tohono O’odham.
Mais informações: https://data.desi.lbl.gov/doc/papers/
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