据“中国科学院国家天文台”公众号消息,北京时间2021年1月14日,国家天文台北京-亚利桑那巡天(BASS)团队和暗能量光谱巡天(DESI)国际合作项目团队联合发布了最新巨幅宇宙二维天图,为即将开始的新一代宇宙学红移巡天构建三维宇宙铺平了道路。

现代流行的宇宙起源学说认为我们的宇宙起源于137亿前的一次大爆炸。大爆炸理论认为宇宙最初所有的能量都集中于密度极大且温度极高的点。大爆炸之后,宇宙不断地膨胀,温度逐渐降低,物质也不断产生和聚集,形成了我们现在能看到恒星和星系。

近代天文观测证实了宇宙在不断膨胀,而且处于加速膨胀状态。驱动宇宙膨胀的力量被天文学家称为暗能量。暗能量至今还是一个谜团,它占宇宙组成约68%,剩余物质为暗物质和普通重子物质。

宇宙的样子,中外科学家联合发布巨幅宇宙二维天图

图1. 宇宙的组成成分

通过对宇宙中大量星系的光谱观测,人们能够准确获得星系的退行速度,也就是红移,从而获得天体的距离。大规模星系的红移测量能够准确刻画出宇宙物质的三维分布,精确勾勒出暗能量对宇宙膨胀的影响。

DESI被称为第四代宇宙学巡天项目,是美国能源部支持的国际合作项目,中国也参与其中。它计划利用5年的时间,获取数千万星系的红移,构建当前最大的三维宇宙,有望揭露暗能量的神秘面纱。

在开展DESI光谱红移巡天之前,研究人员需要获得比以往面积更大、更深的宇宙二维图像来满足大规模光谱观测的需求。而我们只有5年左右的时间获取这样的图像数据。因此DESI寻求与多个天文台开展国际合作。

经国家天文台和DESI国际合作团队近200名科研人员的不懈努力,历时6年进行联合观测和数据分析,对观测的图像拼接,打造了巨幅宇宙二维天图。该宇宙二维天图覆盖了两万平方度的天空,约为全天球面积的一半,容纳了10万亿数码像素,包含了20亿天体。

宇宙的样子,中外科学家联合发布巨幅宇宙二维天图

图2. 此次发布的巨幅二维宇宙图像,面积约2万平方度。BASS观测天区为图中偏蓝色的区域。其中放大的子图展示了位于BASS巡天范围内的候选光谱观测目标(图源:DESI图像巡天数据的发布网站)

这些深度图像数据是DESI光谱巡天顺利进行的第一要素。在构建的巨幅宇宙二维天图中,国家天文台联合美国亚利桑那大学开展的北京-亚利桑那巡天贡献了北半球的星空。

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图3. BASS巡天使用的2.3米望远镜。背景圆顶为DESI所使用的4米望远镜

BASS巡天联合了国内高校和国外合作单位组建了专门的观测队伍,前往美国亚利桑那州基特峰进行巡天观测。总共获得观测时间387天,这是国内天文学家使用国外望远镜观测时间最长的纪录。自2015年开始,历时4年零3个月,参与人次数超90人次,培养了大批青年观测人才。

BASS巡天观测已于2019年3月圆满结束。针对图像巡天的数据获取,研究人员开发了自动化观测和质量控制软件,能够实时获取最优观测的图像,并自动制定观测计划。

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图4. 参与BASS巡天项目的观测人员,多数为青年科研人员和学生

BASS数据团队独立开发了数据处理软件,并利用阿里云的云计算资源进行数据处理和分析,发布了三个版本的数据产品。BASS巡天团队联合国际合作团队为DESI光谱选源发布了8个数据产品。

此次公布的数据是经过1年半时间的处理后发布DESI光谱选源的最终版本数据,包括了最大面积的观测图像和最准确的天体测量。作为DESI项目顺利实施的保障,此次发布的巡天数据也将成为全球天文界的数据遗产,发挥更广泛的科研价值。同时,中国天文学家因BASS巡天的贡献,成为DESI项目的创始成员,将在未来光谱观测和科学研究中发挥重要作用。

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图5.BASS观测部分天体彩色图像

作者简介

邹虎, 中国科学院国家天文台副研究员,从事大规模图像和光谱巡天以及星系形成演化研究。 负责南银冠u波段巡天和北京-亚利桑那巡天,深度参与了SDSS和DESI光谱巡天国际合作,目前是DESI项目董事会成员。