HETDEX-projekt på vej til at undersøge mørk energi

Tre år inde i sin søgen efter at afsløre naturen af ​​mørk energi, Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX) er på vej til at færdiggøre det største kort over kosmos nogensinde. Holdet vil skabe et tredimensionelt kort over 2,5 millioner galakser, der vil hjælpe astronomer med at forstå, hvordan og hvorfor universets udvidelse accelererer over tid.

"HETDEX repræsenterer mødet mellem mange astronomer og institutioner for at udføre den første store undersøgelse af, hvordan mørk energi ændrer sig over tid, " sagde Taft Armandroff, direktør for University of Texas ved Austin's McDonald Observatory.

Undersøgelsen begyndte i januar 2017 på det 10 meter lange Hobby-Eberly Telescope (HET) ved McDonald Observatory. I dag, undersøgelsen er 38 % gennemført. Datareduktion og analyse fortsætter.

"HETDEX er ankommet, " sagde astronom Karl Gebhardt. "Vi er over en tredjedel af vejen igennem vores program nu, og vi har dette fantastiske datasæt, som vi vil bruge til at måle den mørke energiudvikling."

Undersøgelsen fungerer ved at rette teleskopet mod to områder af himlen nær Big Dipper og Orion. For hver pegning, teleskopet optager omkring 32, 000 spektre, fanger det kosmiske fingeraftryk af lyset fra hvert objekt inden for teleskopets synsfelt.

"Det er faktisk lidt åndssvagt, hvor meget information er fanget i dette, " sagde teammedlem Gary Hill.

Disse spektre optages via 32, 000 optiske fibre, der tilføres mere end 100 instrumenter, der arbejder sammen som ét. Denne samling kaldes VIRUS, den synlige integral-felt replikerbare enhedsspektrograf. Det er en massiv maskine, der består af snesevis af kopier af et instrument, der arbejder sammen for effektivitet. VIRUS er designet og bygget specielt til HETDEX.

Dette gør VIRUS til et af de mest avancerede astronomiske instrumenter i verden. At bygge det "var noget af en opgave at orkestrere, " sagde Hill, bemærker, at projektet har taget et årti at nå ud i livet. "Det er den største på mange mål, " han sagde, bemærker, at den har flest optiske fibre, samt at have lige så meget detektorareal som de største astronomiske kameraer. Det er også et ekstremt stort instrument, optager meget af rummet inde i teleskopets kuppel.

HETDEX er en blind undersøgelse, hvilket betyder, at snarere end at pege på specifikke mål, den optager alt på en bestemt del af himlen. Derefter gennemgår videnskabsmænd dataene for at bortfiltrere genstande, de vil studere.

Teammedlem Phillip MacQueen har arbejdet på de tekniske udfordringer ved at levere VIRUS til HETDEX-specifikationerne. Han minder os om, at kortfremstilling i astronomi startede med de første mennesker, der så på himlen.

"VIRUS er en astronomisk kartografs glæde, " sagde MacQueen. "Det gør meget mere end at kortlægge, hvor objekter er i to dimensioner på himlen. HETDEX bruger VIRUS til at kortlægge, hvor objekter ligger i en virkelig enorm mængde af universet, både i vores galakse og langt ud over den."

For at lave det nødvendige kort til det mørke energiprojekt, de søger gennem en milliard spektre og leder efter eksempler på en bestemt type galakse. Disse galakser varierer i afstande fra 10 milliarder til 11,7 milliarder lysår væk, så de repræsenterer en epoke, hvor universet kun var et par milliarder år gammelt. Deres spektre indeholder information om, hvor hurtigt galakserne bevæger sig væk fra os som følge af universets udvidelse. Det vil gøre det muligt for astronomer at bestemme, hvordan hastigheden, hvormed universet udvider sig, har ændret sig i eonerne, som er nøglen til at bestemme karakteren af ​​mørk energi.

HETDEX-teamet forventer at færdiggøre deres observationer inden december 2023. I alt den afsluttede undersøgelse vil omfatte 1 milliard spektre, "den hidtil største spektrale undersøgelse, " sagde Gebhardt. Disse data behandles og opbevares på UT Austins Texas Advanced Computing Center (TACC), et af de bedste supercomputercentre i verden.

Erin Mentuch Cooper er projektets dataansvarlige. "Vi er meget heldige at have adgang" til TACC, hun sagde, forklarer, at i løbet af sommeren, en TACC-supercomputer behandlede alle de HETDEX-data, der nu var i hånden, på to uger. Det ville have taget en enkelt computer 10 år, hun sagde.

I mellemtiden mange astronomer bruger de allerede indsamlede data til at angribe en række andre astronomiske mysterier. Flere er på nippet til at offentliggøre deres forskning.

Blandt dem er UT-professor Keith Hawkins. Han har gjort brug af undersøgelsens spektre på omkring 100, 000 stjerner i vores egen Mælkevejsgalakse. Selvom disse stjerner ikke var det vigtigste stenbrud for HETDEX, de blev fanget af den blinde undersøgelse. "Som min bedstefar plejede at sige, "En mands affald er en anden mands skat, '" han sagde.

Hawkins bruger disse spektre til at studere stjernernes indhold, størrelser, temperaturer og bevægelser for at spore, hvordan de forskellige dele af vores galakse kom sammen. Hans forskningsartikel om dette arbejde vil snart blive offentliggjort. Andre astronomer forbereder sig på at offentliggøre forskning om hvide dværge og nærliggende galakser, som de brugte HETDEX-data til.