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中科院國家天文臺啟動暗能量巡天觀測,將繪製宇宙三維地圖揭秘

北京時間5月17日晚,暗能量光譜巡天(Dark Energy Spectroscopic Instrument,DESI)在美國亞利桑那州基特峰國家天文臺正式開始巡天觀測,為期五年。它將獲取宇宙中數千萬遙遠天體的光譜,繪製宇宙三維“地圖”,從而揭開暗能量之謎。DESI是由美國勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)牽頭的國際合作專案,由美國能源部提供主要經費支援。中國科學院國家天文臺組建的中國團隊透過北京-亞利桑那巡天(Beijing-Arizona Sky Survey, BASS)的貢獻加入該國際合作組織。

BASS巡天負責人、國家天文臺DESI合作代表鄒虎表示,國家天文臺BASS團隊歷時5年,獲取北天的天文影象資料。這些資料是DESI開展光譜巡天的必要條件。DESI正式起航,開啟探索宇宙的大門。DESI每20分鐘可獲取5000條光譜,成為巨型的光譜工廠。DESI透過收集來自三千多萬星系發出的光,以詳實的細節繪製宇宙三維“地圖”。這些資料可幫助科學家更好地瞭解驅動宇宙膨脹的暗能量。LBNL的DESI工程專案主管Michael Levi表示,DESI獲取的星系光譜數量超過以往巡天觀測總數的10倍。這些光譜能夠提供第三維度的測量。天體的影象觀測給出它們的二維位置資訊,而DESI充當了時間機器,可以從時間維度去追溯110億年以前的天體。國家天文臺巡天觀測和三十米望遠鏡研發團組首席科學家薛隨建表示,科學家對DESI上千個部件開展了大量的測試並驗證對光譜巡天觀測。在完成BASS影象巡天后,國家天文臺在過去兩年內深度參與DESI的前期試執行和巡天驗證等方面的合作。

在正式巡天之前,DESI透過國際合作開展了為期4個月測試執行。期間,DESI收穫4百萬條星系的光譜,已超過以前所有光譜巡天所觀測的星系光譜數量的總和。DESI儀器包含5000根自動控制的光纖,可同時蒐集同等數量的天體光譜。所獲取的光譜表現為類似彩虹所展開的不同顏色的光,它們的特徵蘊含天體的化學組成、相對距離和速度等資訊。當宇宙膨脹時,星系相互之間越行越遠,而它們所發出的光的波長變得越來越長,顏色也越來越紅。星系距離越遠,“紅移”也就越大。透過測量星系的紅移,DESI的科學家們將構建宇宙的三維“地圖”,期望透過星系的三維分佈來洞悉暗能量的影響和本質。

在DESI正式巡天開啟後,國家天文臺將進一步深度參與DESI巡天觀測,並透過國際合作利用DESI的光譜,探究不同型別的特殊恆星和星系、星系的演化、大尺度結構和宇宙學等內容。

中科院國家天文臺啟動暗能量巡天觀測,將繪製宇宙三維地圖揭秘

DESI焦平面的區域性照片顯示大量自動控制的光纖定位器。每個定位器都攜帶一根光纖。這些光纖被後端的藍光照亮,顯示為藍色的光點。圖片來源於DESI專案

中科院國家天文臺啟動暗能量巡天觀測,將繪製宇宙三維地圖揭秘

DESI單次指向的光纖分佈(藍色部分),小的藍色圓圈表示5000個光纖定位器。圖中顯示了仙女座星系,它的角尺寸超過3度,可被DESI的單次觀測所覆蓋。在這個例子中,DESI能夠同時觀測5000條天體光譜,包括仙女座星系中的恆星和更遙遠的背景星系及類星體。圖中的黃色曲線展示了位於110億光年處的類星體光譜。圖片來源於DESI專案

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