Raziskovalci oblikujejo lažne galaksije in še več, da se pripravijo na instrument za merjenje neba

Week 12 (Junij 2019).

Anonim

Videnje je verovanje, ali tako reko gre.

In v nekaterih primerih lahko svet prepričanja pomaga, da ugotovite, kaj pravzaprav vidite.

Znanstveniki ustvarjajo simulirane vesolje, na primer - skupaj s temnimi snovmi, računalniško ustvarjenimi galaksijami, kvazarji in psevdo supernovi - da bi bolje razumeli opazovanja v realnem svetu.

Njihov cilj je zasnovati, kako bodo nove vesoljske raziskave na Zemlji in vesolje zasledovale vesolje ter pomagale analizirati in razlagati ogromne količine zakladov podatkov, ki jih bodo te raziskave raziskovale.

"Želimo, da bi lahko udarili v tla, ko bomo pridobili prave podatke, " je povedal Stephen Bailey, fizik na oddelku za energetiko pri Nacionalnem laboratoriju v zvezni državi Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), ki je tehnični vodja in vodja podatkovnih sistemov za 3 -D projektiranje nebo kartiranje, znan kot tempomatski spektroskopski instrument ali DESI, ki naj bi začel opazovati leta 2019.

Več ekip DESI gradi ločene simulacije, ki jih naselijo številne vrste predmetov, s katerimi se srečuje DESI. "Kaj bo izgledalo za DESI?" Vprašal je Bailey. "Kakšen je dejanski spektar ali svetlobni podpis, ki ga želi opazovati? Moramo se prepričati, da imajo lažni predmeti prave barve in kemične obsežnosti."

John Moustakas, docent za fiziko na šoli Siena v New Yorku, ki se ukvarja tudi s simulacijami za DESI, je dodal: "In to je izziv, ker nič ne obstaja, kot DESI."

Računalniški modeli so seznanjeni z opazovanji iz prejšnjih raziskav in s simulacijami vesolja, ki zajemajo kompleksno fiziko, vključno s temno snovjo, neznano obliko snovi, ki skupaj s temno energijo predstavlja okoli 95 odstotkov celotne mase in energije v vesolju.

"V največji možni meri simulacije temeljijo na modelih stvarnih predmetov - od tega, da bi vse te dele izvlekli iz drugih raziskav, " je dejal Moustakas. "Morda bi v popolnem svetu to predstavljali zgolj teoretične modele, vendar ne razumemo dovolj galaksij, da bi to lahko naredili."

In čeprav obstajajo podatki iz prejšnjih raziskav, DESI nebo vidi na drugačen način. "Morate izvleči vse dele instrumenta vseh teh drugih raziskav, da bi prišli do:" To so tisto, kar izgledajo druge galaksije, bistveno ", je dejal. Nato je dejal, da morajo znanstveniki ugotoviti, kako jih bodo videli edinstveni nabor instrumentov.

Simulirani predmeti in vesolja, ustvarjeni in izpopolnjeni z uporabo močnih superračunalnikov, vključno z Berkeley Labovim Nacionalnim znanstvenim računalniškim centrom za energetske raziskave (NERSC), morajo v končni fazi upoštevati atmosferski hrup Zemlje in vremenske in svetlobne razmere, vključno z fazami lune, ki vse vplivajo opazovanja.

DESI bo deloval s 4-metrskim teleskopom Nicholasom U. Mayallom v National Observatory Kitt Peak v Arizoni. Svetloba bo izmerila iz več deset milijonov galaksij in drugih predmetov s skrbno koreografsko zbirko 5000 vrtljivih robotov, od katerih vsaka kaže optični kabel na ciljnem vesoljskem objektu. Robotska array bo krožila skozi zaporedje predmetov, ki se bo v zgodovini našega vesolja premaknila do 11 milijard let.

Svetloba, ki jo je zajela DESI, bo zagotovila natančne meritve, ki bodo znanstvenikom omogočile, da ponovno preučijo evolucijo vesolja in se naučijo več o temni energiji, ki je odgovorna za skrivnostno in pospešeno širitev vesolja. Berkeley Lab je vodilni laboratorij za projekt DESI, sodelovanje pa vključuje okoli 200 znanstvenikov v 40 institucijah.

Alex Smith, diplomirani študent na Univerzi Durham v Angliji in član sodelavca DESI, je sodeloval z ekipo, da bi razvil lažni katalog galaksij za DESI, ki se prilagaja močni simulaciji razvoja materije v zadnjih 13 milijardah let.

Ta simulacija Millennium-XXL je bila izvedena v Jülichovem superračunalniškem centru v Nemčiji, ki je porabila 12.000 računalniških jeder - kar je približno 300 let časa računalniške obdelave. Ustvaril je približno 100 terabajtov podatkov, kar je skoraj toliko podatkov kot vesoljski teleskop Hubble, ki je bil posnet v vesolju v prvih 24 letih delovanja.

Katalog lažnih galaksij, ki jih je Smithova ekipa razvila, je bila osredotočena na isto tretjino neba, ki jo bo raziskala DESI. Katalog prikazuje, kako združevanje galaksij in "rdeč pomik" - barva, ki temelji na njihovi razdalji in gibanju stran od nas - se sčasoma spreminja in se bo verjetno prikazala DESI.

Zaradi kozmične ekspanzije so zelo oddaljene predmete bolj redke in slabše. Prej mock katalogi niso upoštevali teh sprememb v rdeči pomiki, je dejal Smith.

"Pomembno je, da imamo lažne kataloge, ki imajo realne lastnosti - to je podobno, kot mislimo, da bo dejanska raziskava videti", je dodal.

V raziskavi njegove ekipe je bila uporabljena metoda, imenovana Halo-occupation distribution (Halo occupation distribution), ali model HOD za modeliranje povprečnega števila galaksij in njihova svetlost, ki temelji na podrobnih simulacijah porazdelitve temne snovi na Millennium-XXL raziskavi. V modelih temne snovi se s temi halosi obkrožijo snovne snovi v gručah temne snovi, imenovane halos, in galaksije.

Smith je opozoril, da je distribucija galaksij znotraj teh halov in druge lastnosti, vključene v zadnji katalog, izhajale iz podatkov, zbranih v preteklih anketah, vključno s Sloan Digital Sky Surveyom in Anketi o galaksiji in množični skupščini.

Galaksije v katalogu so poenostavljene na njihovo svetlost, saj se bo pojavilo v eni od pasov valovnih dolžin, ki jih bo DESI skeniral. Namizni katalog je namenjen tudi simulaciji vrste galaksij, ki bodo usmerjene v nebo, ki dajejo boljše svetlejše predmete, kot so tiste, ki obstajajo v času sončnih zahodov in sončnih zahodov ali na primer, ko je luna svetlejša na nebu. Ločene simulacije bodo upoštevale temnejše pogoje gledanja.

"Moj ustvarjalni katalog, ki sem ga ustvaril, predpostavlja, da lahko vse natančno opazujete, " je opozoril Smith, zato bodo potrebne dodatne lastnosti za simulacijo vremenskih in drugih učinkov. Sodelovanje DESI ima dostop do desetletja statističnih podatkov o vremenu, zbranih na National Observatory Kitt Peak, je dejal Bailey.

Tudi po začetku raziskovanja DESI bodo sodelavci še naprej prilagajali in izboljševali modele.

"Obstaja učna komponenta, " je dejal Moustakas. "Ko začnemo opazovati stvari, bomo nato uporabili tiste ciljane predmete za izdelavo boljših modelov, kaj so ti predmeti."

Zanemarjanje preveč na simulacijah je lahko tudi problem, so ugotovili znanstveniki iz DESI, zato bodo opazovanja zagotovila potrebno preverjanje resničnosti. Na primer, izjemno težko je simulirati superbright predmete, imenovane kvazarji, ki so med cilji za DESI.

"Ne želite preveč verjeti svojih simulacij, ker je narava precej ostrejša, " je dejal Moustakas.

Bailey je dodal: "Trenutno začnemo z drugim preizkusom, nato pa se bomo sami zagnali."

Smith je poudaril, da se bo za pripravo na vedno večje raziskave zahtevala natančnejši in natančnejši modeli domov o naravi temne energije in gravitacije, na primer.

"Da lahko kosmološke meritve zahtevajo visoko natančnost, da bi lahko razkrili vse te sposobne modele, je resnično pomembno imeti vse bolj in bolj realne kataloge mockov", je dejal.

menu
menu