Un DESI mejorado regresa al cielo

Claire Poppett, Lawrence Berkeley National Laboratory

Octubre 1, 2021

Cualquiera que haya observado con el instrumento DESI ha experimentado posicionadores incomunicables en el plano focal que conducen a pausas frustrantes en el programa de observación mientras el observador principal o un experto en el plano focal trabaja para recuperar estos dispositivos. Durante la temporada de monzones de verano de Tuczon en 2021, un equipo de miembros de la colaboración DESI trabajó con el personal de NOIRLab para actualizar el instrumento DESI y hacer de estas experiencias un problema del pasado.

Un técnico retira con cuidado las fibras (azul) y los conectores electrónicos (arco iris) de los soportes eléctricos y mecánicos.

Para comprender por qué estos posicionadores se vuelven incomunicables, primero debemos comprender cómo se comunican.

Los posicionadores de DESI se comunican a través de un controlador de red de área  (dispositivo CAN, por las siglas en inglés de Controller Area Network) y están agrupados en parches de 25-75 posicionadores por cada dispositivo CAN. Desafortunadamente, hemos descubierto que si un solo posicionador tiene una señal de comunicación defectuosa, puede afectar a los otros posicionadores en ese parche. El problema más grande aquí es que esta pérdida en las comunicaciones conduce a una pérdida en su telemetría y la posibilidad de que puedan exceder nuestros límites de temperatura sin nuestro conocimiento. La colaboración acordó que este problema debía solucionarse y entonces desarrolló un plan de remediación.

Se determinó que la forma más sencilla de poder apagar un posicionador defectuoso era agregar un interruptor de relé en el hardware, pero esto requería una mejora importante en la arquitectura del plano focal. Esto no fue posible sin quitar el plano focal del telescopio y, por lo tanto, a fines de julio, el personal de NOIRLab comenzó la ardua tarea de llevar el telescopio a un estado que hiciera posible quitar los pétalos del plano focal e instalarlos en carros de trabajo instalados en carpas limpias temporales en el piso C del Mayall.

Se retira uno de los 10 pétalos de la parte posterior del plano focal con el telescopio asegurado en la plataforma sureste.

Una vez que los pétalos estuvieron en el piso, se tuvo que manipular cada fibra y cada cable posicionador para quitar los viejos tableros de comunicaciones de los pétalos para permitir la instalación de nuevos tableros con interruptores de relé. Estas actualizaciones se realizaron en los 10 pétalos e incluyeron pruebas exhaustivas para garantizar que todos los dispositivos ahora se comunican de la manera más confiable posible. El último pétalo se volvió a insertar en el plano focal el 25 de agosto y, a la hora del almuerzo del día siguiente, pudimos declarar que teníamos un plano focal saludable.

Después de solo 10 semanas de inactividad, el instrumento se volvió a poner en funcionamiento durante la semana del 12 de septiembre. Recalibración del plano focal. Las observaciones de el Sondeo Principal se reanudaron en la noche del 21 de septiembre. A pesar de la luna llena, ¡se midieron 60,000 corrimientos al rojo del sondeo de galaxias brillantes (Bright Galaxy Survey) esa primera noche de regreso!

Hasta ahora, todas las señales apuntan a un plano focal DESI verdaderamente mejorado y podemos esperar con entusiasmo muchos años más de ciencia DESI.

Claire Lamman, Harvard University

Agosto 20, 2021

Para muchos, el término “exploradores” les trae a la mente largos viajes por el océano, aventureros que se sumergen en la jungla y comerciantes que descubren nuevas conexiones entre continentes. La exploración, como profesión, se volvió obsoleta ya que simplemente no quedaban regiones grandes e inexploradas y la Tierra se trazó minuciosamente.

Sin embargo, todavía hay muchas regiones inexploradas más allá de nuestro planeta. Cientos de exploradores de hoy en día están trazando un mapa de las galaxias que nos rodean, una actividad que me gusta considerar como Cartografía Cósmica. Afortunadamente para nosotros, no hay tanto escorbuto ni serpientes involucradas, pero hay un esfuerzo masivo detrás de los sondeos de hoy y la cosmología viene con su propio conjunto de aventuras.

DESI está creando el mapa más detallado hasta ahora de las galaxias cercanas. Para celebrar la conexión entre los primeros exploradores terrestres y cósmicos, hice este DESI artístico al estilo de los primeros mapas del mundo. Aquí hay una guía con algunos de los detalles:

1. Una historia de nuestro universo. Desde el Big Bang, nuestro universo pasó por muchos cambios a medida que la materia se formó y finalmente hizo estrellas, galaxias y a nosotros. Para comprender cómo ocurren estos cambios y qué tan rápido está creciendo el universo, debemos comprender de qué está hecho.
2. Gráfico circular del universo. A partir de nuestras observaciones, sabemos que la materia normal (la materia de la que estamos hechos las estrellas, el polvo, tú y yo) solo representa aproximadamente el 5% del contenido del universo. El 26% es materia oscura, materia que no podemos ver, pero podemos estudiar cómo su gravedad afecta la materia normal y la luz que la rodea. El otro 69% es energía oscura. Hasta donde sabemos, lo único que tiene en común con la materia oscura es un nombre espeluznante. La energía oscura es la fuerza misteriosa a la que atribuimos la rápida expansión del cosmos. Para obtener más información, consulta esta publicación del blog.
3. Mapa de tiempo. La luz necesita tiempo para viajar. La luz que vemos de las galaxias cercanas es relativamente joven, pero la de las galaxias más antiguas proviene de un universo mucho más antiguo. Por lo tanto, podemos vislumbrar cómo se veía el universo en diferentes momentos trazándolo cerca y lejos. Este es el mapa elaborado por Sloan Digital Sky Survey (SDSS) de las galaxias que nos rodean. La Tierra está en el centro. Parece un reloj de arena porque esas son las galaxias en la parte del cielo donde SDSS estaba midiendo. Si observas de cerca, es posible que puedas ver alguna estructura; en los lugares con la mayor cantidad de datos, puedes elegir una esponja o un patrón de red.
4. DESI. Este es nuestro logo. Nuestra misión es hacer un mapa más detallado para que podamos explorar algunas de las preguntas restantes sobre la energía oscura y la evolución del universo.
5. La huella de DESI. Este mapa muestra las partes del cielo que DESI está mirando. Lo llamamos la “huella”. Un trozo está al sur de la Vía Láctea (izquierda) y otro al norte (derecha). DESI ya ha seleccionado los 30 millones de galaxias que mediremos. Para obtener más información, consulta esta publicación del blog.
6. La casa de DESI. DESI se encuentra en la cima de una montaña en Arizona, Kitt Peak (izquierda). Es parte del telescopio más grande de la montaña, el Mayall (derecha).
7. El telescopio. Esto es lo que se encuentra debajo del domo: una estructura masiva que sostiene un espejo primario de 15 toneladas, arreglos ópticos finamente afinados, un plano focal y una habitación separada llena de espectrógrafos. Más sobre todo esto a continuación.
8. Cómo funciona. Este es un diagrama simplificado del telescopio. Primero, la luz golpea el espejo primario. Luego se refleja en una serie de lentes antes de llegar al plano focal. El plano focal es un disco de 5,000 posicionadores robóticos, cada uno capaz de recoger la luz de su propia galaxia. La luz de cada robot se envía a través de cables de fibra óptica a espectrógrafos, que miden la luz para que podamos obtener un espectro para cada galaxia (11).
9. El plano focal. A menudo trazamos los valores de cada posicionador, ya que están colocados en el plano focal. Este es un dibujo de lo que vimos cuando el telescopio apuntó a Andrómeda. Esta galaxia ocupa la cantidad perfecta de cielo para que tengamos una “fotografía” de ella con solo mirar los valores del posicionador. Las otras galaxias están lo suficientemente lejos como para que cada una tenga su propio posicionador.
10. Los posicionadores. Aquí hay un diagrama de cómo se ve uno de los posicionadores robóticos, con un dibujo de uno en el fondo.
11. Espectros. Este es el tipo de medición que queremos obtener de cada galaxia. La luz de una galaxia contiene muchas señales, codificadas en la cantidad de luz que está presente para diferentes cantidades de energía. Cuando graficas la intensidad de la luz en función de la energía (o longitud de onda), se ve algo como esto. Este es el espectro de un quásar, un tipo de galaxia brillante con un agujero negro muy activo en su centro. Esperamos ver ciertos picos en ciertos niveles de energía. Estos cambian según el movimiento de la galaxia y nos permiten medir su distancia. Para obtener más información, consulta esta publicación del blog.

Más detalles

12. Draco.Ubicaciones de estrellas y arte de la constelación Draco. ¡No puedes tener un mapa antiguo sin una serpiente!

13. Tomog. Tomog es la palabra Oʼodham para la Vía Láctea. La gente de Tohono O’odham es nativa de Kitt Peak y de la tierra que la rodea.

14. Lingüística cósmica. Estas ecuaciones ayudan a los astrónomos a describir y estudiar la cosmología. Expresan todo, desde cómo otros objetos se ven más tenues hasta cómo los diferentes componentes del universo afectan su evolución.

15. El perro de DESI. Nuestra querida mascota, el coyote DESI, con la constelación de Canis major, o “el can mayor”.

Victoria Fawcett, Durham University

Julio 22, 2021

A medida que el sondeo principal de DESI se pone realmente en marcha, quiero reflexionar sobre la asombrosa calidad de los espectros de cuásares DESI observados hasta ahora. Los cuásares son ejemplos increíblemente luminosos de núcleos galácticos activos (AGN por las siglas en inglés de active galactic nuclei), que consisten en un agujero negro supermasivo en el centro de las galaxias, rodeado por un disco de materia que a menudo eclipsa a toda la galaxia. Los cuásares son uno de los objetos más brillantes del Universo y son realmente importantes en todas las áreas de la astronomía, especialmente en la cosmología.

Con más de 30,000 espectros de cuásares observados hasta ahora, DESI ya está yendo más allá de lo que han logrado los estudios espectroscópicos anteriores. La imagen siguiente muestra estos ~30,000 espectros apilados en diferentes contenedores de corrimiento al rojo, con el grupo de corrimiento al rojo más bajo (z <0.4) correspondiente a los objetos más cercanos a nosotros. Las líneas segmentadas indican las principales líneas de emisión en los espectros, cada una de las cuales proporciona información importante sobre la naturaleza del objeto: por ejemplo, las líneas de oxígeno se pueden utilizar para estudiar los flujos de salida cercanos al agujero negro supermasivo. La claridad de los espectros y las diferentes líneas realmente resaltan la asombrosa calidad de los datos: las dos líneas punteadas rojas muestran líneas de absorción de galaxias, por lo que incluso podemos ver claramente el efecto de la galaxia circundante.

Otros objetos exóticos como los quásares de líneas de absorción amplia (BALQSOs, por las siglas de broad absorption line quasars), sistemas conocidos por albergar potentes flujos de salida, también se han encontrado dentro de DESI (ver imagen a continuación). Las caídas a la izquierda de la línea CIV, SiIV y Lya se denominan “valles” BAL, que se profundizan con el aumento del “índice de balnicidad (BI)”; una medida de la fuerza de la artesa. El estudio de estos sistemas puede ser realmente importante para comprender los procesos que conectan los AGN y sus galaxias anfitrionas.

DESI también empuja a sistemas más débiles y oscuros que han sido difíciles de observar con estudios espectroscópicos menos profundos. Los cuásares envueltos en polvo (“cuásares rojos”) pueden representar una fase importante en la evolución de las galaxias, por lo que comprender sus propiedades es crucial: ¡estos son los objetos que  los que estoy más interesada!

Con millones de espectros de cuásares por venir, el futuro de la física de los cuásares parece brillante. Personalmente, espero analizar los datos y explorar todos los objetos extraños y maravillosos que DESI tiene para ofrecer.

David Schlegel, Científico de Proyecto en DESI

Julio 22, 2021

A solo ocho semanas de iniciarse la misión de cinco años de DESI, un mapa tridimensional del universo está comenzando a tomar forma.

Abajo se muestra un corte en “diagrama circular” a través del universo, con la Tierra en la parte inferior izquierda, mirando en las direcciones de las constelaciones de Virgo, Serpens y Hércules a distancias más allá de los 5 mil millones de años-luz. A medida que avanza este video, el mirador se extiende 20 grados hacia Bootes y Corona Borealis. Cada punto representa un objetivo DESI. Las más cercanas son la muestra de galaxias brillantes (BGS por bright galaxy sample, como puntos blancos), luego las galaxias rojas luminosas (LRGs por luminous red galaxies en rojo), las galaxias con líneas de emisión (ELGs por emission line galaxies en verde) y, finalmente, los objetos cuasi-estelares (QSO por quasi-stellar objects en azul). Cada uno de estos objetivos está compuesto por entre 100 mil millones a 1 billón de estrellas, aunque mostramos cada objetivo como un solo punto. La gravedad ha agrupado a las galaxias en estructuras llamadas “red cósmica”, con cúmulos densos, filamentos y vacíos.

DESI cierra hoy por mantenimiento y actualizaciones de verano, programado para coincidir con la temporada de monzones en Arizona. Cuando se reanuden las observaciones en septiembre, se observarán cinco veces más galaxias en cada ubicación del cielo, se rellenarán los huecos en este mapa y el área estudiada eventualmente crecerá para abarcar la mayor parte del cielo visible desde el hemisferio norte.

Bela Abolfathi, University of California Irvine

Junio 1, 2021

El 17 de mayo, DESI inició oficialmente un estudio de 5 años del cosmos para estudiar la energía oscura y su papel en la expansión acelerada del Universo. En el transcurso de su estudio, DESI recopilará espectros de más de 30 millones de galaxias a lo largo de 11 mil millones de años, una hazaña que dará como resultado el mapa 3D del Universo más grande jamás creado.

El Prof. David Kirkby de UC Irvine creó una visualización interactiva 3D que ayuda a poner en perspectiva exactamente cuán ambiciosa es esta misión. La visualización vinculada a la imagen a continuación muestra alrededor de 30,000 galaxias observadas durante la fase de validación del sondeo (menos del 0.1% de las galaxias que DESI catalogará eventualmente) empaquetadas en el espacio detrás de la palma de la mano con el brazo extendido.

Cada uno de los cuatro tipos de galaxias observadas  por DESI se denota con un color diferente  y corresponden a galaxias brillantes (BGS), galaxias rojas luminosas (LRG), galaxias de línea de emisión (ELG) y cuásares (QSO). Estos tipos pueblan diferentes regímenes de desplazamiento al rojo, como se ve en la progresión de colores a lo largo de la película. Eso no quiere decir que los tipos se limiten a regiones seleccionadas del espacio de desplazamiento al rojo. Más bien, están apuntados de esta manera porque, una vez que se han desplazado al rojo hacia nuestro telescopio, sus firmas únicas caen en la ventana de 360-980 nanómetros registrada por nuestros detectores. En el caso de los cuásares de alto corrimiento al rojo, estos objetos se seleccionan porque ayudan a revelar la distribución de la materia en el medio intergaláctico a través de las sombras que proyectan a lo largo de su viaje.

Al igual que la  apertura al comienzo de cada película de Star Wars, la visualización comienza en el Universo cercano y nos lleva atrás en el tiempo a distancias muy, muy lejanas. ¿Exactamente cómo determinamos estas distancias? Comenzamos con el corrimiento al rojo de cada galaxia, que podemos medir a partir de su espectro observado. Tanto la composición como la curvatura del Universo determinarán qué tan rápido se expande y, por extensión, cualquier noción de distancia. Por lo tanto, debemos asumir un modelo cosmológico particular para luego transformar los desplazamiento al rojo en distancias comóviles.

La visualización utiliza por defecto los valores fiduciales de 31% de materia, 69% de energía oscura y curvatura cero. Cambiar estos parámetros tendrá un efecto notable en la distancia recorrida, así como en la edad del Universo.

Una de las principales pruebas  cosmológicas que realizará DESI son las oscilaciones acústicas bariónicas (BAO, por las siglas en inglés de Baryon Acoustic Oscillations), las huellas de las ondas sonoras reliquia del Universo temprano. BAO es una longitud estándar que se utiliza para medir la escala a la que tienden a agruparse las galaxias. Los círculos concéntricos que emanan del centro de la visualización 3D muestran la escala BAO de 150 Mpc comóviles en la que esperamos que las galaxias se agrupen un poco más a menudo que en una distribución aleatoria de galaxias.

Michael Levi, Director de DESI

Mayo 14, 2021

En vísperas del inicio oficial del sondeo científico DESI, quería tomarme un minuto para reflexionar sobre cómo llegamos a este emocionante momento. Ahora hemos demostrado que podemos obtener 100,000 espectros de calidad científica en una sola noche, ¡así que estamos listos! Ha sido un camino bastante largo y en ocasiones accidentado para llegar hasta aquí, pero siempre ha sido un honor formar parte de este equipo. Por supuesto, el terreno fue preparado por SDSS-BOSS, que estableció a BAO como una sonda de precisión de la energía oscura y creó el deseo de ir más allá de las placas de conexión. Las semillas de este proyecto germinaron en 2008 a partir de la competencia de la misión espacial DOE/NASA JDEM, cuando Saul Perlmutter y yo fuimos co-PI de la propuesta SNAP/JDEM. Los conceptos de JDEM en competencia llevaron a la comprensión de que gran parte de la ciencia de BAO propuesta podría realizarse a nivel del suelo, y esto a su vez condujo muy rápidamente a un nuevo concepto para un estudio espectroscópico terrestre. Un conjunto rápido de propuestas ad hoc y presentaciones públicas a los comités de agencias del DOE y NSF surgió como un núcleo formado en torno a esta idea.

 En el Particle Astrophysics Scientific Assessment Group del 2009 (un subpanel del Comité Asesor Federal NSF / DOE HEPAP), Nikhil Padmanabhan (entonces Chamberlain Fellow en LBNL), hizo una presentación, que resultó en una recomendación para apoyar la R&D. David Schlegel presentó el concepto de BigBOSS al Decadal Survey de 2010, que recomendó proyectos de mediana escala, señalando explícitamente los estudios espectroscópicos terrestres como un área de interés convincente. A principios de 2011, se enviaron dos propuestas no solicitadas al DOE, para BigBOSS liderado por LBNL, y para DESpec, un concepto competitivo liderado por FNAL. Esto motivó la formación a mediados de 2011 de un panel de planificación comunitaria de energía oscura, presidido por Rocky Kolb, para asesorar a la agencia. El panel identificó al sondeo espectroscópico de campo amplio como un proyecto clave que satisfaría las necesidades de la comunidad de energía oscura. El DOE acordó y, en el año siguiente, aprobó la “Necesidad de la misión” (también conocida como CD-0) para un Instrumento espectroscópico de energía oscura de escala media (MS-DESI) el 18 de septiembre de 2012.

 DOE no realizó una selección descendente entre BigBOSS y DESpec. En cambio, asignaron la gestión del nuevo proyecto MS-DESI a Berkeley Lab el 12 de diciembre de 2012 y nos encargaron que formáramos una nueva colaboración. Me nombraron Director de Proyecto la semana siguiente y se me asignó la tarea de resolverlo y volver con un plan. Afortunadamente, acabábamos de recibir una subvención de 2.1 millones de dólares de la Fundación Gordon y Betty Moore para un sondeo espectroscópico (seguida un poco más tarde por una subvención similar de la Fundación Heising-Simons) y esto nos proporcionó los recursos financieros para comenzar a construir el primer espectrógrafo e iniciar la adquisición a largo plazo de los lentes correctores. Al mismo tiempo, comenzamos a realizar reuniones de colaboración y creamos una “gran carpa” donde todos eran bienvenidos, y la colaboración de DESI creció para incluir a la mayoría de las instituciones de las propuestas originales, además de muchos reclutas adicionales.

Un año después, en 2013, presenté el nuevo plan y los objetivos científicos recién formados al Panel de Priorización del Proyecto de Física de Partículas (P5), un subpanel del Comité Asesor Federal NSF/DOE HEPAP. El informe P5, publicado a mediados de 2014, recomendaba MS-DESI solo en un escenario presupuestario optimista. Afortunadamente, los presupuestos se alinearon lo suficiente como para que pudiéramos comenzar a duras penas en 2015 (aunque con limitaciones financieras) con la aprobación del CD-1 (selección del sitio y establecimiento del rango de costos) en marzo de 2015 y con la autorización del Congreso en las asignaciones ese año. DESI se estableció en septiembre de 2015, comenzó la construcción y, como dicen, el resto es historia. Aunque hubo muchos baches restantes en el camino durante la construcción, guardaré esto para otro momento.

 Es un privilegio para mí representar la colaboración y contribuir a su éxito continuo, y espero que todos nuestros colaboradores se sientan igualmente privilegiados. La colaboración DESI se ha unido en esta búsqueda común para comprender la energía oscura y los misterios del Universo en aceleración. Ahora el telescopio y el instrumento marchan, el crepúsculo y la ciencia aguardan.

Paul Martini, DESI Instrument Scientist

Mayo 17, 2021

El descubrimiento de la aceleración cósmica hace más de veinte años capturó la imaginación del público en general y de los científicos profesionales por igual, y la causa de esta aceleración sigue siendo una de las mayores cuestiones sin resolver de la ciencia. Algo misterioso, como una nueva partícula, una nueva fuerza de la naturaleza o alguna propiedad del propio espacio, está superando la atracción gravitacional de toda la masa del universo. Si bien comúnmente llamamos al origen de esta aceleración “energía oscura”, nombrarla no resolvió el misterio, ni tampoco las últimas dos décadas de estudios del cielo progresivamente más grandes y sofisticados.

Que entre el sondeo DESI. Durante la última década, cientos de científicos e ingenieros han trabajado para construir un nuevo instrumento y diseñar un estudio capaz de construir la medición más precisa de la historia de la expansión cósmica. El viernes 12 de mayo este trabajo se concretó con el lanzamiento formal de las observaciones del sondeo. Y durante los próximos cinco años, DESI medirá aproximadamente 35 millones de galaxias y cuásares que se extienden a lo largo de unos 12 mil millones de años de historia cósmica. Estas observaciones medirán un orden de magnitud más de objetivos que el sondeo más grande hasta la fecha, y completarán estas observaciones en una pequeña fracción del tiempo.

DESI tiene como objetivo estudiar unos 14,000 grados cuadrados del cielo nocturno, que corresponde a la mayor parte del cielo visible desde Arizona. Haremos esto con más de 15,000 observaciones únicas que llamamos mosaicos. Cada uno de estos mosaicos es una configuración única de los 5000 cables de fibra óptica colocados robóticamente y diseñados para recolectar la luz de galaxias y cuásares específicos distribuidos en el campo de visión de 3.2 grados de diámetro del instrumento.

La siguiente imagen muestra una pequeña fracción de este campo de visión que incluye el cercano cúmulo de galaxias Coma, una de las mayores concentraciones de galaxias en el universo local. Los círculos en el panel inferior ilustran la alta densidad de las observaciones espectroscópicas obtenidas con un solo mosaico. Casi 10,000 de estos mosaicos están diseñados para buenas y excelentes condiciones, como cuando la Luna no afecta de manera apreciable la oscuridad del cielo nocturno. En estos casos, observamos nuestros objetivos más débiles, incluidas las galaxias rojas luminosas, las galaxias de línea de emisión y los cuásares. Los mosaicos restantes apuntan a galaxias más brillantes y estrellas de la Vía Láctea, fuentes que se pueden observar cuando la luna es más brillante y puede haber una nubosidad moderada.

Como el sondeo de DESI será mucho más grande que los sondeos anteriores, anticipamos que mediremos la aceleración cósmica y otros parámetros con errores estadísticos sustancialmente menores. Sin embargo, para lograr plenamente estos beneficios y no estar limitados por los efectos sistemáticos, es especialmente importante para nosotros planificar cuidadosamente todos los aspectos del diseño experimental y maximizar la reproducibilidad de nuestro trabajo. Un aspecto de esto es que hemos construido importantes sistemas de software y hardware para ayudarnos a lograr la misma sensibilidad en todos nuestros mosaicos, a pesar de que se observarán en noches distribuidas durante cinco años y se obtendrán en noches con cantidades variables de turbulencia atmosférica o visión, y cantidades variables de cobertura de nubes. Otros aspectos incluyen algoritmos magníficos y repetibles que manejan todos los aspectos de la observación, desde la selección de objetivos potenciales hasta la asignación de objetivos a las fibras individuales y la medición de sus propiedades.

Hemos pasado los últimos meses construyendo, probando y refinando todos estos aspectos del sondeo con observaciones cada vez más sofisticadas y extensas. Durante esta fase de validación del sondeo, hemos obtenido más de 1 millón de desplazamientos al rojo únicos, lo que ya ha convertido a DESI en el segundo estudio de desplazamiento al rojo espectroscópico más grande del mundo antes de que comience formalmente. En los próximos meses, esperamos que la cantidad de nuevas galaxias y cuásares que medimos continúe expandiéndose, ¡al igual que el Universo mismo!

Daniel Eisenstein, Harvard University

Abril 28, 2021

El 5 de abril de 2021, DESI pasó a la segunda y última fase de su Validación de Sondeo (SV, por las siglas en inglés de Survey Validation), el denominada “sondeo del 1%”. Mientras que la primera fase del SV tenía como objetivo obtener observaciones largas y definitivas de un amplio conjunto de los objetivos espectroscópicos planificados, el sondeo del 1% tiene como objetivo demostrar que podemos operar las instalaciones físicas muy similarmente al modelo planeado para el sondeo de 5 años.

El sondeo del 1% se está llevando a cabo con una selección de objetivos similar a la planificada para el sondeo principal y con tiempos de exposición solo un poco más largos. Es importante destacar que nuestro objetivo es observar cada región del cielo más veces que en el sondeo principal para lograr una mayor completez en la asignación de las fibras, en la fracción de objetivos asignados por fibra.

Una sola exposición con DESI proporciona alrededor de 600 fibras por grado cuadrado, pero las listas de objetivos de el sondeo contienen alrededor de 3,500 objetivos por grado cuadrado para las condiciones de oscuridad / grisáceas (cuando la luna es pequeña o está puesta) y alrededor de 2,000-2,500 objetivos por grado cuadrado para condiciones brillantes (con la luna llena). Durante el sondeo principal, regresaremos a un punto en el cielo en numerosas ocasiones para observar alrededor del 80% de los objetivos, pero permitiendo algo de insuficiencia para que podamos avanzar de manera eficiente a nuevas regiones. En el sondeo del 1%, planeamos regresar a cada región al menos 10 veces para objetivos en condiciones de oscuridad y 8 veces para objetivos en condiciones brillantes, cada uno con una lista de objetivos distinta, para observarlos todos excepto por un pequeño porcentaje de los objetivos. .

Hasta ahora, hemos comenzado a realizar observaciones en 16 regiones, cada una de 7 grados cuadrados e incluyendo objetivos tanto en condiciones oscuras como brillantes. Esperamos terminar este programa en mayo. Con este conjunto de datos, podremos obtener una primera estimación de la agrupación tridimensional de las muestras de galaxias y cuásares, que luego permitirá a la colaboración ajustar los modelos de posiciones de galaxias simuladas en nuestro catálogo cosmológico artificial.

Con las observaciones moviéndose al ritmo normal del sondeo de un objetivo establecido al siguiente, la tasa de recolección de nuevos corrimientos al rojo ha aumentado dramáticamente. En las primeras 8 noches de observación obtuvimos más de 400,000 mediciones exitosas del corrimiento al rojo de 350,000 fuentes únicas.

La figura muestra una visualización de una de las 16 regiones, que tiene 13 visitas en condiciones oscuras, mostrando un mapa de las ubicaciones de las galaxias en Mpc en el plano del cielo. Solo se muestran las galaxias con corrimiento al rojo de entre 0.90 y 0.95, con las galaxias luminosas rojas en rojo y las galaxias con línea de emisión en azul. Uno puede ver la red cósmica de la estructura a gran escala, con paredes, filamentos y vacíos, así como la tendencia de las galaxias rojas a agruparse más entre sí que las galaxias azules. ¡Y esto es solo aproximadamente 1 parte en 20,000 del tamaño final de sondeo!DESI comienza su “sondeo del 1%”

Daniel Eisenstein, Harvard University

Abril 19, 2021

Desde mediados de diciembre, DESI ha estado realizando intensamente sus observaciones de la validación de sondeo (SV, por las siglas en inglés de Survey Validation). Con la SV, buscamos optimizar el diseño del sondeo de 5 años utilizando observaciones en el cielo de nuestras clases objetivo. Por supuesto, basamos nuestros diseños en lo que se conocía antes de DESI, pero DESI es un gran paso adelante que uno no puede estar seguro hasta que se verifique el rendimiento con el propio instrumento.

Uno de los desafíos para la validación del sondeo es que queremos verificar nuestros planes de levantamiento con objetivos que son más débiles y se extienden por áreas más amplias del cielo que las que se han observado anteriormente. Por lo tanto, debemos hacer nuestras propias tablas de verdad observando nuestros objetivos con exposiciones mucho más largas de lo que planeamos para el sondeo, de modo que las respuestas correctas sean obvias. Luego, podemos dividir las observaciones en porciones para ver lo que produciría una exposición por la duración completa del sondeo.

Desde mediados de diciembre hasta finales de marzo, DESI observó 161 mosaicos separados como parte de la primera fase de su programa de validación de sondeo, recolectando más de 1,600 exposiciones espectroscópicas separadas. Combinamos 4.3 millones de observaciones separadas de 465,000 ejemplos distintos de nuestras clases objetivo, con un promedio de 95 minutos por objetivo, obteniendo desplazamientos al rojo para 412,000 objetos. Este ya es uno de los conjuntos de datos espectroscópicos extragalácticos más grandes jamás recopilados, incluidos 108,000 desplazamientos al rojo por encima de 0.8.

Toda la colaboración de DESI se ha movilizado para analizar estos datos en el cielo, porque se necesitan respuestas rápidas para definir el sondeo principal. Los resultados han sido muy alentadores; les compartiremos más ejemplos en futuras publicaciones del blog.

Brian Bauer, Daniel Allspach y Noah Franz

Abril 16, 2021

Somos un grupo de trabajo de tres estudiantes de pregrado en el Siena College. Comenzamos en DESI con el Dr. John Moustakas en febrero de 2020. Nos intrigó la oportunidad de trabajar con una colaboración tan grande con tantas posibilidades científicas. Desde entonces, Noah Franz y Brian Bauer se han centrado en identificar lentes gravitacionales fuertes en espectros DESI mediante el uso de Python para separar los espectros de galaxias fuente y lente y luego analizar la tasa de éxito. Daniel Allspach ha estado trabajando para ajustar plantillas estelares para modelar espectros continuos DESI y determinar la demografía galáctica y las clasificaciones de flujo de salida. Contribuir a estos proyectos nos ha proporcionado un conocimiento y una experiencia invaluables para trabajar en grandes colaboraciones.

Después de trabajar con DESI, asistir a teleconferencias de Zoom y aprender cómo funciona una colaboración, lo que más disfrutamos es la naturaleza acogedora de todos los involucrados. Sin este sentimiento de aceptación, nos habría resultado difícil integrarnos en un proyecto de manera efectiva. Aunque recibir correos electrónicos en las primeras horas de la mañana puede ser un poco extraño al principio, pudimos adaptarnos rápidamente y acostumbrarnos a las prácticas y métodos empleados por DESI. Ser incluido en cualquier aspecto del proyecto, especialmente como estudiante, es un honor, sin embargo, nos desafiaban continuamente a profundizar y unirnos tanto como podamos. Un ambiente de bienvenida proporciona el punto de partida perfecto para los nuevos miembros y esa es realmente la mejor parte de la colaboración DESI.

Con más de 700 miembros contribuyentes, DESI es una gran colaboración y, como investigadores de pregrado, encontramos que ingresar a la comunidad de estudiantes graduados y doctores en su mayoría es intimidante y abrumador. Si bien algunas de las actualizaciones de DESI y las reuniones en Zoom pueden ser desalentadoras, después de pasar tiempo leyendo la literatura y aprendiendo las siglas, nos acostumbramos a la jerga. Una vez superada esta curva de aprendizaje, pudimos iniciar nuestros propios proyectos de investigación. En muchos sentidos, esta fue nuestra introducción a la astronomía y cosmología colaborativas a gran escala: muchas cosas son nuevas para nosotros. Tener el entorno DESI para ayudarnos a orientarnos y navegar en este entorno de investigación ha sido increíblemente útil. DESI nos ha brindado una primera experiencia fantástica no solo con la investigación, sino también trabajando con una gran colaboración. Como resultado, todos nos sentimos inspirados a continuar investigando en el futuro.

John Moustakas, Siena College

Febrero 3, 2021

En su propósito por descubrir los misterios de la energía oscura, DESI medirá de manera precisa los desplazamientos al rojo de más de 15 millones de galaxias con líneas de emisión o “ELG” (por las siglas en inglés de Emission-Line Galaxies). Aunque son increíblemente distantes y tenues, DESI aprovechará un rasgo distintivo en la luz emitida por estas galaxias, un rasgo llamado “oxígeno dos doblete”, representado por el símbolo “[OII]”.

Pero, ¿qué es este llamado doblete y de dónde viene? ¿Y por qué el oxígeno? Para responder a estas preguntas, ¡necesitamos sumergirnos en un poco de astrofísica!

¿Sabías que después del hidrógeno y el helio, el oxígeno es, con mucho, el elemento más abundante en el universo? Por ejemplo, en nuestro sistema solar hay una vez y media más átomos de oxígeno que átomos de carbono y ¡casi veinte veces más átomos de oxígeno que átomos de hierro! Debido a que es tan común, el oxígeno también es un elemento increíblemente importante en las galaxias, especialmente en el gas entre las estrellas, lo que los astrónomos llaman el “medio interestelar”. De hecho, el oxígeno es una de las principales formas en que las galaxias se “enfrían”.

Echemos un vistazo rápido a lo que esto significa. En las galaxias, las nuevas estrellas generalmente se forman en los centros de nubes de gas y polvo que son densas y frías. De vez en cuando, nacerá una estrella muy masiva, una estrella brillante y caliente que puede ser entre dos y cien veces más masiva que el Sol. Estas estrellas monstruosas bombean enormes cantidades de fotones de alta energía (es decir, luz) al gas circundante, desplazando a los electrones que normalmente están unidos a los átomos y creando una espectacular “sopa” de electrones muy veloces, protones y átomos pesados con cargas positivas, como el oxígeno, que rodea a la estrella nueva. Los astrónomos llaman a estos sitios de actividad intensa y de corta duración en las galaxias como “regiones HII” o “regiones de formación de estrellas”.

Ahora, la temperatura típica de estas regiones de formación de estrellas es de unos agradables 10,000 grados Kelvin, ¡más caliente que la superficie del Sol! Entonces, ¿cómo se deshace la región de esta energía extra y se enfría? Bueno, a medida que los átomos, como el oxígeno, se mueven en direcciones aleatorias, ocasionalmente chocan entre sí. Cuando esto sucede, parte de la energía cinética del movimiento “excita” uno de los electrones del átomo a un estado de energía superior. ¡Pero el electrón no permanece excitado por mucho tiempo!

Después de aproximadamente un segundo, el electrón excitado “salta” espontáneamente a un nivel de energía más bajo, emitiendo simultáneamente un fotón de energía (es decir, luz) en el proceso. Posteriormente, este fotón escapa de la región de formación de estrellas, robándole la energía original bombeada por la estrella joven y caliente y ayudándola a enfriarse. En las galaxias de líneas de emisión que forman activamente estrellas y que DESI está buscando, observamos que el oxígeno “brilla” de esta manera a dos energías o longitudes de onda cercanas pero distintas, de 372.71 y 372.98 nanómetros. (Un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro, ¡por lo que la longitud de onda de esta luz es aproximadamente 170 veces más pequeña que el ancho del cabello humano!)

Este par de líneas se llama “oxígeno dos doblete” (el “dos” significa confusamente que al átomo de oxígeno le falta un electrón) y se escribe usando el símbolo “[O II]”. En diciembre de 2020, DESI comenzó a realizar observaciones como parte de su fase de “Validación de sondeo”, y una pregunta importante que esta fase pretende responder es: ¿con qué eficiencia DESI podrá pre-seleccionar (o “apuntar”) las galaxias con líneas de emisión? Hasta ahora, la respuesta a esta pregunta ha sido un rotundo: ¡realmente bien! Para ilustrar el tipo de datos impresionantes que está obteniendo DESI, el Dr. Julien Guy del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley ha creado una animación del doblete [OII] en una muestra de aproximadamente 3,400 galaxias con líneas de emisión que DESI observó en diciembre, que es una pequeña fracción de las más de 35 millones de galaxias que DESI observará durante su sondeo de 5 años.

Esta película muestra al sorprendentemente claro doblete [OII] en estas galaxias, lo que deja a DESI un paso más cerca para poder develar el misterio de la energía oscura.

Adam Bolton, NOIRLab

Noviembre 1, 2021

El colaborador de DESI, el Dr. Frank Valdes, científico del NOIRLab de la NSF, ha sido honrado con el Premio ADASS 2021 por su Contribución Sobresaliente al Software Astronómico. El premio reconoce a Frank y a otros dos colegas por sus funciones fundamentales en la creación del sistema de software Image Reduction and Analysis Facility (IRAF). El IRAF se lanzó hace más de tres décadas como un proyecto pionero para crear herramientas de software de uso general que permitirían a los astrónomos traducir las imágenes tomadas por los telescopios en productos de datos calibrados adecuados para el análisis científico cuantitativo. En los años transcurridos desde su lanzamiento inicial, IRAF se ha utilizado en casi 25,000 publicaciones científicas. Lo más significativo para DESI es que todas las imágenes recopiladas por el Legacy Surveys (DECaLS, MzLS y BASS) para permitir la selección de objetivos espectroscópicos de DESI se procesaron a través de una tubería basada en el IRAF creada por Frank y operada por él y otros miembros del personal del NOIRLab. ¡La Colaboración DESI felicita a Frank por este bien merecido reconocimiento!