Astronomer som använder bilder från Kitt Peak National Observatory och Cerro Tololo Inter-American Observatory har skapat den största kartan över himlen någonsin, som omfattar över en miljard galaxer. Den nionde och sista datareleasen från de ambitiösa DESI Legacy Imaging Surveys sätter scenen för en banbrytande 5-årig undersökning med Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), som syftar till att ge nya insikter om mörk energis natur. Kartan släpptes idag vid American Astronomical Societys möte i januari 2021.

I årtusenden har människor använt kartor för att förstå och navigera i vår värld och sätta oss själva i ett sammanhang:vi litar på kartor för att visa oss var vi är, varifrån vi kom, och vart vi ska. Astronomiska kartor fortsätter denna tradition i stor skala. De lokaliserar oss i kosmos och berättar historien om universums historia och öde:det kommer att expandera för alltid, expansionen accelererar för närvarande på grund av en okänd storhet som kallas mörk energi. Astronomiska kartor kan hjälpa till att förklara vad denna mörka energi är och varför den existerar.

Att utnyttja den möjligheten kräver en oöverträffad karta – en som kartlägger svaga galaxer mer enhetligt och över ett större område av himlen än någonsin tidigare. För att möta den utmaningen, astronomer har nu skapat en ny tvådimensionell karta över himlen som är den största som någonsin gjorts när det gäller skytäckning, känslighet, och det totala antalet kartlagda galaxer.

Bland de mer än 1 miljard galaxer på kartan, astronomer kommer att välja tiotals miljoner galaxer för vidare studier med Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), för att konstruera den största 3D-karta som någonsin försökts. Resultaten från DESI-undersökningen, som kommer att genomföras vid Kitt Peak National Observatory (KPNO), ett program från National Science Foundations NOIRLab, kommer i slutändan att ge nya insikter om mörk energis natur.

Den nya kartan är resultatet av DESI Legacy Imaging Surveys, en ambitiös 6-årig insats som involverade 1405 observationsnätter vid tre teleskop, år av data från ett rymdteleskop, 150 observatörer och 50 andra forskare från hela världen, 1 petabyte data (1000 biljoner byte), och 100 miljoner CPU-timmar på en av världens mest kraftfulla datorer. Bilderna togs vid KPNO och Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), också ett program för NOIRLab, och kompletterat med bilder från NASA:s Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) uppdrag. Uppgifterna reducerades vid Berkeley Labs National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC).

Kartan täcker halva himlen, digitalt spridda över 10 biljoner pixlar, vilket motsvarar en mosaik av 833, 000 högupplösta smartphonefoton, och är en av de mest enhetliga, djupa undersökningar av himlen som någonsin gjorts. "Detta är den största kartan med nästan alla mått, sa David Schlegel, co-projekt forskare för DESI som också ledde bildprojektet. Schlegel är en astrofysiker vid Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), den ledande institutionen för det internationella DESI-samarbetet.

Arjun Dey, DESI Project Scientist för NOIRLab, medledde två av de tre bildundersökningarna, tjänstgör som ledande forskare för Mayall z-band Legacy Survey (MzLS) observerad av Mosaic3-kameran på Nicholas U. Mayall 4-metersteleskop vid KPNO, och som co-lead forskare med Schlegel för Dark Energy Camera Legacy Survey (DECaLS) på DECam på Víctor M. Blanco 4-metersteleskopet vid CTIO i Chile.

Den tredje undersökningen är Beijing-Arizona Sky Survey (BASS) observerad av 90Prime-kameran på Bok 2,3-metersteleskopet, som ägs och drivs av University of Arizona och ligger på KPNO.

Den gemensamma ansträngningen av de tre undersökningarna, Dey sa, "var en av de mest enhetliga, djupa undersökningar av himlen som någonsin har genomförts. Det var verkligen spännande att delta."

DESI-samarbetet kommer att välja ut 35 miljoner galaxer och 2,4 miljoner kvasarer på kartan – några så långt bort som 12 miljarder ljusår – som mål för DESI-undersökningen. Över fem års verksamhet, DESI kommer att skapa en gigantisk 3D-karta över universum genom att mäta galaxernas avstånd och den hastighet med vilken de rör sig bort från oss. För att göra dessa mätningar, DESI kommer att ta fingeravtrycket av en galax genom att mäta dess spektrum:ljuset från enskilda galaxer kommer att spridas i fina färgband.

Att fånga spektra av så många galaxer så snabbt kräver en hög grad av automatisering. DESI—utrustad med en uppsättning av 5000 svängbara, automatiserade robotar, var och en med en tunn fiberoptisk kabel som kan peka på enskilda galaxer – är designad för att mäta spektra av 5000 galaxer åt gången. Resultaten kommer i slutändan att ge nya insikter om den mystiska mörka energin som driver universums accelererande expansion.

Strävan efter att förstå naturen av mörk energi har lett till stora möjligheter för upptäckter inom andra områden av astronomi. Adam Bolton, Direktör för NOIRLabs Community Science and Data Center, förklarade:"För att lösa några av de största mysterierna inom fundamental fysik idag, vi drivs av att skapa enorma digitala databaser med stjärnor och galaxer, vilket i sin tur möjliggör en ny datautvinningsmetod för att göra ytterligare astronomiska upptäckter."

Med slutförandet av DESI Legacy Imaging Surveys, all data har släppts till det vetenskapliga samfundet och allmänheten. Denna slutliga datarelease, känd som Data Release 9, har föregåtts av åtta andra mellanliggande datasläpp.

NOIRLab kommer att vara värd för dessa dataprodukter i Astro Data Archive, från originalbilderna tagna vid teleskopen till katalogerna som rapporterar stjärnors och galaxers positioner och andra egenskaper. Astro Data Lab betjänar också katalogerna som databaser, som astronomer enkelt kan analysera med hjälp av Astro Data Labs verktyg och tjänster, och korsmatcha dem med andra datauppsättningar, ger fler möjligheter till upptäckt. Dessutom, Astro Data Lab förser astronomer med exempel på vetenskapliga tillämpningar och handledning för att hjälpa till med deras forskning. DESI Legacy Imaging Surveys data har redan använts för många andra forskningsprojekt, inklusive medborgarvetenskapliga insatser som utnyttjar folkmassornas visdom.