Se är att tro, eller så säger man.

Och i vissa fall, en värld av föreställning kan hjälpa dig att inse vad du faktiskt ser, för.

Forskare skapar simulerade universum, till exempel-komplett med mock-ups för mörk materia, datorgenererade galaxer, kvasi kvasarer, och pseudosupernovor-för att bättre förstå verkliga observationer.

Deras mål är att föreställa sig hur nya jordbaserade och rymdbaserade himmelundersökningar kommer att se universum, och för att hjälpa till att analysera och tolka de stora skatter av data som dessa undersökningar kommer att samla.

"Vi vill kunna träffa marken när vi får riktiga data, "sade Stephen Bailey, en fysiker vid Department of Energy Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) som är teknisk ledare och chef för datasystem för ett 3D-kartläggningsprojekt som kallas Dark Energy Spectroscopic Instrument, eller DESI, som är planerad att börja observera under 2019.

Flera DESI -team bygger ut separata simuleringar befolkade med de många typer av objekt DESI kommer att stöta på. "Hur kommer det här att se ut för DESI?" Frågade Bailey. "Vad är de faktiska spektra, eller lätt signatur, som DESI kommer att observera? Vi måste se till att de spottiga föremålen har rätt färger och kemiska överflöd. "

John Moustakas, en biträdande professor i fysik vid Siena College i New York som också arbetar med simuleringarna för DESI, Lagt till, "Och det är utmanande eftersom inget som DESI existerar."

De datoriserade modellerna informeras genom observationer från tidigare undersökningar och genom storskaliga simuleringar av universum som står för komplex fysik inklusive mörk materia, en okänd form av materia som, tillsammans med mörk energi, utgör cirka 95 procent av den totala massan och energin i universum.

"I största möjliga utsträckning simuleringarna är baserade på modeller av verkliga objekt - från att dra ut alla dessa bitar från andra undersökningar, "Sa Moustakas." Kanske i en perfekt värld skulle detta vara rent teoretiska modeller, men vi förstår inte galaxer tillräckligt bra för att kunna göra det. "

Och även om det finns data från tidigare undersökningar, DESI kommer att se himlen på ett annat sätt. "Du måste extrahera alla instrumentdelar från alla dessa andra undersökningar för att komma till:" Så här ser andra galaxer ut, i sig själv, sa han. Därefter han sa, forskare måste ta reda på hur DESI:s unika uppsättning instrument kommer att se dem.

De simulerade föremål och universum som skapats och förfinats med kraftfulla superdatorer, inklusive Berkeley Labs National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), måste i slutändan ta hänsyn till jordens atmosfäriska buller, och väder- och ljusförhållanden inklusive månens faser, som alla påverkar observationer.

DESI kommer att fungera från Nicholas U. Mayall 4-meters teleskop vid Kitt Peak National Observatory i Arizona. Det kommer att mäta ljuset från tiotals miljoner galaxer och andra föremål med en noggrant koreograferad uppsättning av 5, 000 vridbara robotar-var och en riktar en fiberoptisk kabel mot ett riktat rymdobjekt. Robotmatrisen kommer att cykla genom en sekvens av objekt, tittar upp till 11 miljarder år tillbaka i vårt universums historia.

Ljuset fångat av DESI kommer att ge exakta mätningar som hjälper forskare att spåra universums utveckling och lära sig mer om mörk energi, som är ansvarig för universums mystiska, accelererande expansion. Berkeley Lab är ledande lab för DESI -projektet, och samarbetet omfattar nu cirka 200 forskare vid 40 institutioner.

Alex Smith, en doktorand vid Durham University i England och en DESI -samarbetsmedlem, arbetade med ett team för att utveckla en skenkatalog av galaxer för DESI som utnyttjar en kraftfull simulering av hur universums materia har utvecklats under de senaste 13 miljarder åren.

Utfördes på Jülich Supercomputer Center i Tyskland, denna Millennium-XXL-simulering som används 12, 000 datorkärnor - motsvarande cirka 300 års datorbearbetningstid. Det genererade cirka 100 terabyte data, vilket är nästan lika mycket data som Hubble -rymdteleskopet som sänds i rymdbilder under sina första 24 år av driften.

Den galna galaxkatalogen som Smiths team utvecklade fokuserade på samma tredjedel av himlen som DESI kommer att undersöka. Katalogen visar hur galaxernas kluster och 'rödförskjutning' - färgen baserat på deras avstånd och rörelse bort från oss - förändras över tiden och sannolikt kommer att synas för DESI.

På grund av kosmisk expansion, mycket avlägsna föremål verkar rödare och svagare. Tidigare skenkataloger hade inte redogjort för dessa förändringar i rödförskjutning, Smith sa.

"Det är viktigt att ha skenkataloger som har realistiska egenskaper - som liknar hur vi tror att den faktiska undersökningen kommer att se ut, " han lade till.

Hans lags undersökning använde en metod som kallas halo -ockupationsdistribution, eller HOD, för att modellera det genomsnittliga antalet galaxer och deras ljusstyrka baserat på Millennium-XXL-undersökningens detaljerade simuleringar av distributionen av mörk materia. I modeller av mörk materia, materia bildas i klumpar av mörk materia som kallas glorier, och galaxer omsluts av dessa glorier.

Smith noterade att fördelningen av galaxer inom dessa glorier, och andra fastigheter som ingår i den senaste katalogen, är hämtade från data som samlats in i tidigare undersökningar, inklusive Sloan Digital Sky Survey och Galaxy and Mass Assembly Survey.

Galaxerna i katalogen är förenklade till sin ljusstyrka, som det kommer att visas i ett av våglängdsbanden som DESI kommer att skanna. Mock -katalogen är också avsedd att simulera den typ av galaxer som kommer att riktas mot himmelförhållanden som gynnar ljusare objekt, som de som finns runt tiden för soluppgångar och solnedgångar, eller när månen är ljusare på himlen, till exempel. Separata simuleringar tar hänsyn till mörkare visningsförhållanden.

"Den skenkatalog jag skapade förutsätter att du kan observera allt med perfekt precision, "Smith noterade, så ytterligare egenskaper måste läggas till för att simulera väder och andra effekter. DESI -samarbetet har tillgång till ett decennium av väderstatistik som samlats in vid Kitt Peak National Observatory, Sa Bailey.

Även efter starten av DESI:s undersökning, samarbetsforskare kommer att fortsätta anpassa och förbättra modellerna.

"Det finns en inlärningskomponent i det, "Sade Moustakas." När vi börjar observera saker, Vi kommer sedan att använda de riktade objekten för att bygga bättre modeller av vad dessa objekt är. "

Att förlita sig för mycket på simuleringar kan också vara ett problem, DESI -forskare noterade, så observationer kommer att ge en nödvändig verklighetskontroll. Till exempel, superbright -objekt som kallas kvasarer, som är bland målen för DESI, har varit särskilt svåra att simulera.

"Du vill inte tro dina simuleringar för mycket, för naturen är mycket hårdare, "Sa Moustakas.

Bailey tillade, "Vi startar för närvarande av andra experiment; sedan kommer vi att starta av oss själva."

Smith noterade att för att förbereda sig på allt större undersökningar, det kommer att bli behov av mer detaljerade och noggranna modeller för att hysa in naturen av mörk energi och gravitation, till exempel.

"För att kunna göra kosmologiska mätningar med erforderlig hög precision för att kunna skilja alla dessa livskraftiga modeller från varandra, det är verkligen viktigt att ha fler och mer realistiska skenkataloger, " han sa.