A project of the Dark Energy Survey collaboration

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来自星海边缘的回忆

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一个多月前,2月16号的早上,我们的最后一班观测员和托洛洛山美洲际天文台(Cerro Tololo Inter-American Observatory)说再见了。我们的第三个为期半年的观测段已经结束,再次开始得等到今年秋天。

 

很多年前,天文学家们从山顶撤离的时候会带满满一箱的记录磁带和手写的观测日志。在这个数字化的时代里,我们的57个观测员带走的只有回忆。他们其中的一些人慷慨分享了他们的故事,所以才有了这期特别版的博客。

 

这些故事有些是发生在意料之中的(落日,天气,小动物,美食和夜晚的天空),有些则是意料之外的(流星,友谊,破了观测记录或者是女生撑起一片天)。

 

我们最喜欢的是爱喜彗星(Comet Lovejoy)的意外捕获。 这次观测的照片已经被展示到了本页的最上方。它提醒我们,在我们远眺宇宙之巅之前,我们得先“小心”身边的天体!


这些观测员的故事有长有短。我们已经对它们按长度进行了排序。这样即使只有几分钟,你也能看上一条两条。

  


 

 

托洛洛山美洲际天文台餐厅的牛油果。好吃死啦!(翻译:吃货)

 

一晚上破了五个波段里面四个的视宁度记录。(翻译:但最好的那个是我的啦。)

 

在控制室的显示器上看到爱喜彗星的时候,我震惊了!(翻译: 大家都震惊了,腾讯图片

 

 

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 第一次亲眼看到狐狸!(翻译:嘻嘻,变成人的样子你还没见过吧?)

       

 

 

 

 

 

 

 

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早上起来在鞋里找到只蝎子。(翻译:谁丢的?认领啦)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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在布兰科的控制室里过年。

(翻译:原文其实是过平安夜)

 

 

 

 

 

 

 

 

第一次亲眼看到一只妈妈山绒鼠和宝宝山绒鼠在悬崖边上看日落。太萌了!(翻译:听起来就很萌)

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暗能量巡天的大气监测相机(Atmospheric Monitoring Camera)真是太神奇了。看它的时候我就想,这东西要是我(做)的就好了。(翻译:喂喂,那是我们小编的,我们小编做的!小编:是啊,这东西让我在山上待了无数个日月啊)

 

 

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打包的夜宵里面饼干从不重样:每次打开都有美味惊喜!(翻译:又是一只吃货。听起来厨师好像有一只哆啦A梦的口袋。)

 

 

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提前一天换完了液氮泵,多了一天进行DES的观测。(翻译:干的漂亮)

 

 

 

 

 

 

在天文台观测,我最喜欢的东西有:看日落,结识新朋友,满满一保温壶的茶,名叫galletas de coco的椰丝饼干,和属于一个人的思考时间。(翻译:吃货+1)

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在寂静的夜里仰望星空,只能偶尔听到望远镜圆顶移动的声音。现在即使是看到阴云遍布的天空,我也知道在这些云的背后是漫天的星斗。(翻译:所谓情人眼里出西施)

 

在拉· 塞罗娜(城市:La Serena)和托洛洛山上的时候,我很幸运地和很多天文台的员工成为了朋友:司机,厨师,还有望远镜的操作员们…… 现在每次回去,都有无数的微笑和击掌等着我。(翻译:所谓朋友多了路好走)

 

虽然造访这个天文台已经许多次了,但每次回到这里我却仿佛进入了一个新的世界:空气很干,太阳很毒,夜晚很黑。但只要一看到银河系在夜空璀璨,我就知道我又回家了。(翻译:嘻嘻, 我代表银河系欢迎你!)

有一次晚饭之后我们往山顶走,刚出门的时候,还是晴空万里,但还没走到望远镜,云朵就从脚下的山谷涌了上来, 淹没了整个山顶,日落也看不到了。事实上,我们连远在15米外的望远镜圆顶也看不见。(翻译:是时候腾云驾雾了……)

 

 

DES经常有女观测员值班。但这次我来的时候,托洛洛望远镜这里值班的全是女生。嘿,“直男癌”的时代已经落伍啦!(翻译:女神新必备条件——会观测)

 

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0.9米望远镜的控制室,从左到右有:克劳迪娅· 伯拉迪 (Claudia Belardi),玛尔瑟琳 (Marcelle), 张芷维(Chihway),凯瑟琳· 可拉达(Catherine Kaleida),佩儿· 艾米戈 (Pia Amigo),桑齐娅· 埃尔维斯 (Sanzia Alves),帕米拉· 索图 (Pamela Soto),布兰妮· 霍华德 (Brittany Howard)。

 

 

第一次出来看夜空,我就看到了一个在空中解体的火流星——非常大,划过天空的时候还有爆炸声。我当时还以为是第三次世界大战爆发了,赶紧往回跑,脑袋里只记得要保护好望远镜!(翻译:光顾着跑了,忘了拍照片……小编:估计很难拍照吧,速度太快了)

 

 

在山顶的乐趣之一是结识来自世界各地的天文学者。有那么几天,我是和一群已经为建设一个新的大望远镜奋斗了数周的韩国人一桌吃的饭。又有时候,饭点时间看不到他们。我困惑他们到底去了哪里。直到有一天我被邀请去他们根据地吃晚饭,我才发现:他们从韩国带了够吃几个月的干粮!(翻译:来了一群吃货……)

 

 

业余时间我想看铱卫星(Iridium communication satellites,www.heavens-above.com),但一连两个晚上都没找到。第三个晚上,我们刚刚默默许完愿,就在期待的方向看见了一个比金星还亮的亮点几秒钟之间迅速划过日暮。我记得当时我都开心的跳起来了。我那么兴奋主要是因为这验证了大家的预测。在历史上,人们曾经通过纯数学的方法预测了海王星的存在和它的轨道。与我的兴奋相比, 预测和发现了海王星的天文学家们得有多兴奋呐!(翻译:我也想看……小编:我看到过很多次,我下次教你怎么看吧)


我记得最深的就是在没有月亮的晚上,走出室外就能看到的立体环绕的星空。刚从屋里出来的时候,你能感受到的只有绝对黑暗。但是慢慢地,等我的眼睛适应了这片漆黑,遍布了各种奇异天体的南半球星空开始呈现。银河系弯弯地架在远处的山头上,南十字星座凌空闪烁,而人类世界就只剩下了远方的一抹暗黄色(翻译注:远方的城市灯光)。有那么一瞬,我忘掉了自己在这里的正式工作——“观测员值班经理”。我只是一个生活在浩渺宇宙之中的微小人类,一个怀着敬畏之心的瞻仰者。
(翻译:算了,我还是不要代表银河系了……) 

 


 

 

这些就是来自我们观测员的故事。又一个观测段结束,我们得开始分析数据了。虽然我们非常热爱我们的数据分析工作,但我猜我们这批次的观测员心里其实都想有双魔法鞋子(翻译注:爱丽丝漫游记中的魔法鞋),敲敲脚跟就可以回到山顶 (要是真有双魔法鞋子就好了,到达智力的山顶我们就得先跋涉24个小时!)

 

这期博客的最后,我们想分享我们最后一批次的观测员和望远镜操作员之间的对话。这些操作员一年四季每个晚上(即使是圣诞假期)都会全程陪伴我们的观测员, 以确保各项工作顺利进行。

 

问:你和暗能量巡天的人合作多吗?

答:多。我几乎每天都能遇到他们。每周都会有一批新人。我记得我见过的每一个人。每一个人都有点不一样。那个负责电脑的女士,带帽子的那个,我最喜欢她。(翻译:到底是哪个?)

问:你知道这是下个九月之前,我们这次观测的最后一天吗?

答:最后一天?!不会吧…… 但是你们会再回来的。你们总会回来的

 

 

为本期博客分享故事的观测员有:

 

吉姆· 安尼斯(Jim Annis),奥雷利奥· 罗塞尔(Aurelio Rosell), 罗斯· 克罗森(Ross Cawthon),张芷维(Chihway Chang),亚历克斯 · 朱立可-瓦格纳(Alex Drlica-Wagner),大卫· 格德斯(Dave Gerdes),拉维· 顾朴塔(Ravi Gupta),曼维埃尔· 赫尔南德斯(Manuel Hernandez), 史蒂夫· 肯特(Steve Kent),克莉丝汀娜· 克拉维奇(Christina Krawiec),鲍勃· 尼科尔(Bob Nichol), 布莱恩· 诺德 (Brian Nord),安德烈斯· 朴乐兹 (Andes Plazas),凯西· 罗茉(Kathy Romer),玛尔瑟琳· 索尔思-桑托丝(Marcelle Soares-Santos),道格拉斯· 塔柯(Douglas Tucker),张圆圆(Yuanyuan Zhang)

 

为本期博客分享照片的观测员有:

 

吉姆· 安尼斯(Jim Annis),罗斯· 克罗森(Ross Cawthon),凯思琳· 格拉伯斯基(Kathleen Grabowski),拉维· 顾朴塔(Ravi Gupta),克莉丝汀娜· 克拉维奇(Christina Krawiec), 詹妮弗· 马歇尔(Jennifer Marshall),安德烈斯· 朴乐兹 (Andes Plazas),凯西· 罗茉(Kathy Romer),玛尔瑟琳· 索尔思-桑托丝 (Marcelle Soares-Santos),道格拉斯· 塔柯(Douglas Tucker)

 

本期作者: 凯西· 罗茉,埃塞克斯大学(Kathy Romer, University of Essex)

爱喜彗星图片: 马蒂· 墨菲 (Marty Murphy),尼古拉· 库洛帕特金(Nikolay Kuropatkin),林奂(Huan Lin),布莱恩· 雅尼(Brian Yanny)

翻译:张Y(Y. Zhang)

翻译编辑:李T (T. Li)

 

 

 

 

 

 

 

 

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Memórias das fronteiras do universo

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Há uma semana,  a última equipe de observação do Dark Energy Survey despediu-se do Observatório Inter-Americano Cerro Tololo (CTIO). Nosso terceiro ciclo de observações, que durou seis longos meses, acabou e não retornaremos à montanha até a primavera.

No passado, um astrônomo deixaria o cume com uma mala cheia de fitas de dados e diários de notas escritos à mão . No entanto, nesta era digital,  nossos 57 “plantonistas” do DES (membros das equipes de observação) levaram  apenas suas memórias e fotografias . Alguns deles generosamente compartilharam suas fotografias conosco para este  caso especial dos Detetives da Energia Escura.

Suas memórias incluem o usual (pôr do sol , clima, animais fofinhos, comida, e a beleza do céu noturno ) e o inesperado (meteoros, amizades, quebra de recordes de observação, e a força das mulheres) .

De todas as lembranças, a favorita foi a observação acidental do Cometa Lovejoy. Nós reproduzimos esta observação na imagem à esquerda. Isto nos lembra que antes de olharmos para além da nossa galáxia, nos confins do Universo, precisamos tomar cuidado com os objetos celestes que estão muito mais perto de casa!

As memórias variam de frases curtas para longos parágrafos .  Nós temos ordenado elas por tamanho para ajudar aqueles que tem apenas alguns minutos de sobra.

  


Os abacates na cantina do CTIO . Deliciosos!

 

Batendo quatro de cinco recordes de “melhor seeing” para o DES em uma noite.

 

O choque de ver uma observação acidental do Cometa Lovejoy aparecer na tela da sala de controle.

 

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Ver a minha primeira raposa na montanha.

 

 

 

 

 

 

 

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Encontrar um escorpião no meu calçado de manhã.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Passar a noite de Natal de 2014 na sala de controle do Blanco.

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

A primeira vez em que vi uma mamãe viscacha e seu filhote observando o por do sol da beira do precipício. Adorável!

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A câmera de monitoramento atmosférico do DES é incrível. Na primeira vez que a vi lembro de ter pensado “gostaria de ter construído isso!”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A aparente infinita variedade de biscoitos que são distribuídos todas as noites com o lanche noturno: toda vez é um mistério delicioso!

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Ter uma noite extra de observação para o DES porque terminamos de trocar a bomba de Nitrogênio Líquido um dia mais cedo do que o previsto.

 

 

 

 

 

 

 

Algumas das minhas coisas favoritas ao  ir observar no CTIO: assistir o pôr do sol, conhecer outros observadores, garrafas térmicas cheias de chá quente,  biscoitinhos de coco, e ficar sozinho com meus pensamentos.

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Olhando as estrelas, com o silêncio sendo quebrado apenas pelo movimento do domo do telescópio. Eu nunca mais vou olhar para o ceú nublado do mesmo jeito, sabendo o que está ali, logo atrás daquelas nuvens.

 

Tenho sorte de ter criado boas amizades com vários dos funcionários do CTIO em La Serena e na montanha: o motorista do táxi, os cozinheiros, os operadores do telescópio… Todas as vezes em que retorno é um festival de cumprimentos e sorrisos.

 

Eu já visitei o CTIO muitas vezes, mas toda vez que retorno sinto que estou entrando em um novo mundo: o ar seco, o brilho do sol, a escuridão da noite. Mas quando eu capturo com meus olhos as primeiras impressões da Via Láctea espalhadas pelo céu como em um globo de neve, me sinto em paz, me sinto em casa.

   

Uma noite, depois do jantar, subimos para o topo para começar a observar. O céu estava límpido quando saímos do refeitório, mas quando chegamos ao topo as nuvens subiram rapidamente do vale. As nuvens envolveram o topo e bloquearam o por do sol. Não conseguíamos ver o domo do telescópio a 15 metros de distância.

 

 

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Na sala de controle do telescópio de  0.9m: a partit  esquerda: Claudia Belardi, Marcelle, Chihway, Catherine Kaleida, Pia Amigo, Sanzia Alves, Pamela Soto, Brittany Howard

 

 

 

 

 

                          Frequentemente temos turmas de observadores do DES compostas exclusivamente por mulheres, mas durante uma visita recente, todas as equipes em todos os telescópios eram compostas por mulheres.  Parece que o “Clube do Bolinha” é realmente uma coisa do passado.

 

 

 

 

 A primeira vez que eu botei meu pé fora do prédio do telescópio para olhar o céu noturno, vi o flash brilhante de um meteoro se desintegrando – era enorme e realmente fez um barulho crepitante como se a brasa de uma fogueira estivesse caindo do céu. Pensei que a Terceira Guerra Mundial tinha começado. Minha primeira reação foi correr de volta para o domo para proteger o telescópio!

 

Um dos grandes prazeres de  estar na montanha é encontrar outros astrônomos de todas as partes do mundo. Eu compartilhei várias vezes o refeitório com um grupo de Coreanos que estava trabalhando por várias semanas numa nova câmera. Algumas noites eles não apareciam para jantar e eu não entendia o porquê. Quando eles me convidaram para jantar no dormitório deles eu descobri o porquê: eles tinham trazido muita comida da Coréia , o suficiente para durar meses!

 

Por dois dias seguidos, antes de nosso turno de observação começar, tentamos sem sucesso visualizar os satélites Iridium (suas posições podem ser encontradas na página www.heavens-above.com). Na terceira noite, depois de alguns minutos de silêncio e expectativa, conseguimos ver um clarão mais brilhante que Vênus por alguns segundos na direção esperada da aparição. Lembro de ter pulado no ar e gritado “Issa!”. Foi emocionante verificar que a previsão era verdadeira. Comecei a pensar em exemplos históricos, tais como a previsão da existência e posição de Netuno usando apenas matemática. Não consigo imaginar a emoção que os astrônomos sentiram quando eles viram o planeta no lugar onde haviam previsto!

  

A lembrança mais forte que carrego comigo quando deixo a montanha é o lençol estrelado que me envolve lentamente quando estou do lado de fora do domo em uma noite sem Lua. No início, a escuridão reina absolutamente. Mas a medida que meus olhos se adaptam à escuridão, o brilho da estranha configuração (para quem vive no Hemisfério Norte) das estrelas do céu austral aparece com uma intensidade sem igual. No alto daquela montanha remota, com a Via-Láctea cobrindo a abóboda celeste de horizonte a horizonte e o Cruzeiro do Sul brilhando, o mundo dos humanos é reduzido a um pálido e distante brilho alaranjado. Nesse momento íntimo, me esqueço do cargo oficial que tenho que desempenhar ali – “Gerente das Observações” – e assumir o único cargo que me parece apropriado para um pequeno ser humano vivendo brevemente nesse vasto cosmos: “um participante embevecido”.

 


 

 

Então é isso pessoal. Outra temporada do DES chegou ao fim e nossa colaboração agora tem que transferir sua atenção das observações para a análise. Claro que nós amamos a parte da análise (é quando a diversão científica acontece), mas eu desconfio que a maioria de nossos observadores da segunda temporada gostariam de bater seus calcanhares e se transportar instantaneamente de volta para nossa amada montanha (e isso seria particularmente interessante, já que em geral se leva umas 24 horas pra se chegar lá!).

Nós gostaríamos de terminar com uma conversa que um dos últimos observadores da temporada teve com um dos operadores de telescópio no CTIO: os tel-ops ficam conosco observadores noite após noite ano afora (mesmo no Natal), para garantir que tudo corra bem:

P: Então, você trabalha muito com a turma do DES? 

R: Sim, eu trabalho com o pessoal do DES o tempo todo. Toda semana tem um novo time. Eu lembro de todos. Cada um deles é um pouco diferente. A mocinha do computador, aquela com o chapéuzinho, ela é a melhor.

P: Sabia que é a nossa última noite até Setembro?

R: A última noite?! Não… Jura? Mas eu tenho certeza que vocês vão voltar. Vocês sempre voltam.

 

 

Mensagens dos seguintes detetives que estavam de plantão:

Jim Annis, Aurelio Rosell, Ross Cawthon, Chihway Chang, Alex Drlica-Wagner, David Gerdes, Ravi Gupta, Manuel Hernandez, Steve Kent, Christina Krawiec, Bob Nichol, Brian Nord, Andres Plazas, Kathy Romer, Marcelle Soares-Santos, Douglas Tucker, Yuanyuan Zhang

Imagens dos seguintes detetives:

Jim Annis, Ross Cawthon, Chihway Chang,  Kathleen Grabowski, Ravi Gupta, Christina Krawiec, Jennifer Marshall, Andres Plazas, Kathy Romer, Marcelle Soares-Santos, Douglas Tucker

Escrito pela Det. Kathy Romer (U. Sussex)

Crédito da imagem do Lovejoy: Det.’s Marty Murphy, Nikolay Kuropatkin, Huan Lin, Brian Yanny (Fermilab)

Tradução:   Det. Flávia Sobreira e Det. Ricardo Ogando

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Memories from the edge of the universe

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A week ago this morning, the last of the Dark Energy Survey observing teams bid farewell to the Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO). Our third, six-month long, season of observations is over, and we won’t return until the Fall.

In the past, an astronomer would leave the summit with a suitcase full of data tapes and hand-written logbooks. However, in this digital age, our 57 DES shifters (members of the observing teams) leave only with their memories and photographs. Some of the shifters have generously shared these with us for this special Dark Energy Detectives case log.

Their memories include the expected (sunsets, weather, cute animals, food, and the beauty of the night sky) and the unexpected (meteors, friendships, setting observing records, and girl power).

Our favorite of all was the accidental observation of Comet Lovejoy. We have featured this observation in this case file (image at left). It reminds us that before we can look out beyond our Galaxy to the far reaches of the Universe, we need to watch out for celestial objects that are much closer to home!

 

 

The memories range from short sentences to long paragraphs. We have ordered them by increasing length to help those of you with only a few minutes to spare.

  


 

 

The avocados at the CTIO canteen. Delicious!

 

Setting four out of a possible five “best seeing” records for DES one night.

 

The shock of seeing an accidental observation of Comet Lovejoy pop up on the display in the control room!

 

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 Seeing my first fox on the mountain!    

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Finding a scorpion in my shoe one morning.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Spending Christmas night 2014 in the Blanco control room.

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

My first glimpse of a momma viscacha and her baby watching the sunset from the edge of the cliff. Adorable!

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The DES atmospheric monitoring camera is amazing. I remember thinking “I wish I’d built this!” the first time I saw it.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The seemingly never ending variety of cookies that are supplied with the packed night lunch: it is a delicious mystery every time!

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Getting an extra night of observing for DES because we finished the Liquid Nitrogen pump replacement a day early.

 

 

 

 

 

 

 

Some of my favorite things about observing at CTIO include: watching the sunsets,; getting to know the other observers; thermoses full of hot tea; galletas de coco; and being alone with my thoughts.

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Looking up at the stars, with the silence only broken by the movement of the telescope dome. I’ll never look at the sky on a cloudy day the same way again, knowing what’s right there, just behind them.

 

I feel lucky to have become good friends with many of the CTIO staff in La Serena and on the mountain: the taxi driver, the cooks, the telescope operators…. Every time I go back, there are so many high-fives and smiles.

 

I’ve visited CTIO many times, but every time I return I feel like I am entering a new world: The dryness of the air, the brightness of the sun, the darkness of the night. But once I’ve caught my first glimpse of Milky Way plastered across the sky like a snow globe, at feel at peace, I feel like I’m home.

   

After dinner one evening, we headed up toward the summit to begin observing. It was clear when we set out, but by the time we got there, clouds had risen rapidly from the valley below. The clouds enveloped the summit and blocked out the sunset. We couldn’t even see the telescope dome 50 feet in front of us.

 

 

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In the 0.9m control room: from the left: Claudia Belardi, Marcelle, Chihway, Catherine Kaleida, Pia Amigo, Sanzia Alves, Pamela Soto, Brittany Howard

 

 

 

 

 

   We often have all-women observing crews observing for DES, but during my recent visit, there were all-women crews at all Tololo telescopes at once. Looks like the “old boys club” is truly becoming a thing of the past!

 

 

 

 

 

 

The very first time that I stepped out of the observatory to look at the night sky, I saw the bright flash of a meteor breaking up – it was huge and actually made a crackling sound as the embers fell from the sky. I thought the Third World War had started. My immediate reaction was to run back to the dome to protect the telescope!

 

One of the pleasures of being at the mountain is meeting other astronomers from around the world. I ate several times with a group of Koreans that had been working on a big new camera for several weeks. Some nights I wouldn’t see them at dinner, and I wondered why.  When they invited me to have dinner with them at their guest house, I found out why: they had brought enough food from Korea to last for months!

 

For two days in a row, before our observing shift began, tried without success to catch sight of Iridium communication satellites (their positions can be found from this webpage www.heavens-above.com). One the third night, after some moments of silent expectation, we saw a spot brighter than Venus come into the twilight sky for a few seconds in the direction we were expecting it to be. I remember that I jumped in the air and yelled ‘wooho!’. I was so excited to know the prediction was true. It made me think of historical examples, such as the prediction of the existence and position of Neptune using only mathematics. I can’t imagine the excitement astronomers felt when they actually saw the planet in the place he predicted!

  

What stays with me the most, when I leave the beautiful mountain, is the memory of the starry blanket that slowly envelops me when I step outside the dome on a moonless night. At first, the blackness is nearly absolute. But as my eyes adapt to the darkness, the brilliant and strange stars of the southern sky come into view with an intensity unmatched at home. High on that remote mountaintop, with the Milky Way arching overhead from horizon to horizon and the Southern Cross shining brightly, the human world is reduced to a dim orange glow off in the distance. In this private moment, I forget the official role that brought me there—“Observing Shift Run Manager”—and take on the only role that seems appropriate for one small human being living his brief moment in this vast cosmos: “awestruck participant.” 

 


 

 

So, there you have it folks. Another DES season is over and our collaboration must now turn its attention from observations to analysis. Of course we love the analysis part (that when the fun science gets done), but I suspect most of our Season 2 DES shifters still wish they could click their heels together and be instantly transported back at our beloved mountain (and that would be especially nice, since it usually takes at least 24 hours to get there!)

We’d like to end with a conversation that one the final shifters of the season had with one of the CTIO telescope operating engineers: the tel-ops staff stay with us observers night after night throughout the year (even on Christmas Day), to make sure everything runs smoothly:

Q: So, do you work with DES folks a lot? 

A: Yes, I work with DES people all the time. Every week there is a new team. I remember everyone. They are all a little different. The computer lady, the one with the hat, she is the best.

Q: Did you know it is our last night until September?

A: The last night?! No… Seriously? But I am sure you guys will be back. You always come back

 

 

Quotes from the following detectives who were on shift:

Jim Annis, Aurelio Rosell, Ross Cawthon, Chihway Chang, Alex Drlica-Wagner, David Gerdes, Ravi Gupta, Manuel Hernandez, Steve Kent, Christina Krawiec, Bob Nichol, Brian Nord, Andres Plazas, Kathy Romer, Marcelle Soares-Santos, Douglas Tucker, Yuanyuan Zhang

Pictures from the following detectives:

Jim Annis, Ross Cawthon, Chihway Chang,  Kathleen Grabowski, Ravi Gupta, Christina Krawiec, Jennifer Marshall, Andres Plazas, Kathy Romer, Marcelle Soares-Santos, Douglas Tucker

Post written by Det. Kathy Romer (U. Sussex)

Loveyjoy image credit: Det.’s Marty Murphy, Nikolay Kuropatkin, Huan Lin, Brian Yanny (Fermilab)

 

 

 

 

 

 

 

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Lo mejor de lo mejor

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Teniente segundo, Jake Jenson. West Point. Graduado con honores. ¡Estamos aquí porque está buscando a los mejores entre los mejores de los mejores, señor! — Men in Black

 

Los mejores cielos proporcionan las mejores imágenes y nos dan las mejores pistas acerca de la expansión cósmica.

Si navegas entre los archivos de los detectives de la energía oscura, verás imágenes preciosas de galaxias, tomadas con la Cámara de la Energía Oscura (DECam). A pesar de su variedad en formas, colores  y tamaños, todas estas galaxias tienen algo en común: se alejan de nuestra Vía Láctea a toda velocidad, alcanzando decenas, cientos de millones de kilómetros por hora. El Universo se expande, algo que sabemos desde hace más de 90 años.

Si pudiéramos registrar las velocidades de estas galaxias a lo largo del tiempo, ¿qué encontraríamos? ¿Sería la misma, estaría aumentando o quizás disminuyendo? Dado que la gravedad de la Vía Láctea las atrae, Isaac Newton nos hubiera dicho que la expansión se iría ralentizando con el tiempo, al igual que si tiramos una manzana al aire se va frenando (y al final cae) debido a la atracción gravitatoria de la Tierra. Pero Isaac se hubiera equivocado: las galaxias se están acelerando, en lugar de frenarse. Esto es un hecho que sabemos desde hace tan sólo 17 años. Los trescientos detectives del Dark Energy Survey (DES) se han embarcado en una misión de cinco años para entender qué está pasando. Durante la misma, realizarán la mayor exploración del cosmos jamás realizada.

Estos objetivos son espectaculares y de gran calado, pero en el fondo lo que hace el proyecto DES es hacer fotos. Y muchas. En una noche típica, los detectives de la energía oscura toman 250 fotos del cielo. Tras cinco años, tendremos más de 80000 fotos en nuestro álbum. Por  cada instantánea, el obturador de la cámara se abre durante aproximadamente minuto y medio para acumular suficiente luz de las galaxias más lejanas. En cada imagen puede haber unas 80000 galaxias. Cuando las juntemos todas, y teniendo en cuenta que fotografiaremos cada zona del cielo unas cincuenta veces, tendremos unos 200 millones de galaxias.

Una de las maneras con las que podremos aprender más sobre la energía oscura, la misteriosa causa de la aceleración, es midiendo con gran precisión las formas de esos 200 millones de galaxias y comparándolas entre sí. Imagínate que hiciéramos fotos a 200 millones de personas para estudiar la diversidad de la especie humana (lo que sería una foto por cada 35 personas). Para tener la mejor información posible, nos gustaría tener a un fotógrafo profesional tomando las fotos en buenas condiciones  y lo más parecidas posibles entre sí: buena iluminación, enfoque, que no se muevan ni la cámara ni el sujeto fotografiado durante la toma, etc. Pero es inevitable que unas vayan a salir mejor que otras, simplemente por las circunstancias en las que se han tomado, que varíen de un momento a otro. En algunas, el sujeto estará algo borroso, en otras, quizás la iluminación sea excesiva o insuficiente.

En el Dark Energy Survey, intentamos conseguir las mejores imágenes posibles de estos 200 millones de galaxias. Como fotógrafos profesionales del cielo nocturno (es decir, astrónomos), usamos el mejor instrumental disponible: la Cámara de la Energía Oscura DECam, que construimos nosotros mismos. Es una cámara de 570 megapíxeles, con cinco lentes enormes. Consta de un sofisticado sistema de auto-enfoque, para conseguir las imágenes más nítidas posibles.

En cambio no nos hace falta flash, ya que las galaxias lucen con la luz de millones de soles.

Pero la naturaleza no siempre coopera a la hora de conseguir buenas fotografías, al igual que a veces los sujetos fotografiados tampoco. La Cámara de la Energía Oscura está montada en el telescopio Blanco, localizado en Cerro Tololo en los Andes chilenos. Este emplazamiento proporciona generalmente noches muy claras, pero de vez en cuando las nubes hacen acto de presencia. Además, la turbulencia de la atmósfera distorsiona las imágenes de estrellas y galaxias (por eso vemos las estrellas parpadear), incluso con un buen enfoque. La cámara toma sus fotos con la luz reflejada en un enorme espejo de cuatro metros de diámetro y 15 toneladas. Si un frente de aire frío enfría la cúpula del telescopio, el espejo irradia calor hacia dicha cúpula, lo que perjudica la calidad de la imagen. Las mejores imágenes son las tomadas directamente hacia arriba, verticalmente. Si tenemos que inclinar un poco el telescopio, la luz de las galaxias debe atravesar una fracción de atmósfera mayor. Pero queremos observar buena parte del Universo, con lo que no nos podemos conformar con dejar el telescopio apuntando hacia arriba únicamente.  También el viento puede colarse y mover ligeramente la estructura del telescopio, una vez más enturbiando nuestras fotos. Y además, mientras tanto, la Tierra sigue girando, y el gigantesco telescopio debe compensar suavemente el movimiento del cielo que es consecuencia de esta rotación (o si no, lo adivinaste, se enturbiará la imagen).

Por esta y muchas otras razones, la calidad de las imágenes de DES varía. Algunas noches, una combinación de circunstancias confluyen en unas imágenes estupendas. Otras, en cambio, nos dan fotos algo más borrosas de lo que quisiéramos, haciendo más difícil medir la forma de las galaxias. Si la foto es demasiado mala, no la incluimos en nuestro álbum. Ya volveremos otra noche a ese punto del cielo a tomar otra mejor. Hasta ahora, un 80% de las fotos han tenido la calidad suficiente para engrosar nuestra colección.

Durante la mayor parte de nuestra temporada de observación, tenemos a tres detectives operando la cámara. Cada uno de ellos permanece allí durante una semana, y en el transcurso de una temporada, unos 50 detectives distintos hacen turnos en la montaña. Durante la noche del 27 de enero de 2015, me encontraba realizando mi turno en el telescopio, junto a mis compañeros detectivescos Yuanyuan Zhang de la Universidad de Michigan y Andrew Nadolski, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Esa noche, Andrew estaba manejando la cámara, yo me encontraba verificando la calidad de las imágenes, mientras que Yuanyuan hacía de jefa de observaciones.

Las condiciones de esa noche eran extraordinarias. Aunque había algo de humedad, la atmósfera era extremadamente estable. Tomábamos imágenes usando filtros que dejaban pasar únicamente la luz roja o infrarroja. La razón de esto es porque, al estar la luna en el cielo esa noche y dado que su luz es muy “azul”, con estos filtros podemos bloquear su brillo, de manera que podemos observar las galaxias rojas contra el oscuro fondo nocturno. En la famosa foto “Monolith, the Face of the Half Dome”, tomada en el Parque Nacional de Yosemite, Ansel Adams utiliza un filtro rojo para oscurecer el cielo azul diurno, creando un efecto espectacular.

A las 00:28 hora local, tomamos la foto número 403841, usando un filtro en el infrarrojo cercano llamado “banda z”. Esta banda del espectro electromagnético es tan roja, que se encuentra más allá del rango perceptible por el ojo humano. Pero las cámaras digitales, y en particular nuestra DECam, son muy sensibles a esta luz infrarroja. Los ordenadores en el telescopio analizan cada imagen inmediatamente después de tomarla y muestran los resultados en un conjunto de monitores, de manera que podemos determinar si pueden pasar a formar parte de nuestro álbum cósmico. Cuando los monitores mostraron la foto 403841, la pantalla indicaba que estábamos ante una extraordinaria nitidez de imagen. Un análisis más detallado mostró que, de las 35000 fotos que habíamos tomado hasta entonces durante dos años, sin duda era la más nítida.

De hecho era tan nítida, que la luz de cada estrella se dispersaba tan sólo 0.6 segundos de arco (0.00017 grados). Para que os hagáis una idea, ése es el tamaño aparente de un cráter de 1 km de diámetro en la luna, visto desde la Tierra. O el tamaño de un pelo a 30 metros de distancia.

Arriba, mostramos una pequeña sección de esta foto, usando colores falso, con una gran galaxia espiral más un conjunto numeroso de galaxias más pequeñas y débiles, junto con unas pocas estrellas de nuestra propia Vía Láctea. La luz de la estrella rodeada con un círculo rojo se ve dispersada en tan sólo 0.6 segundos de arco. Aunque no es tan bonita como otras imágenes que habréis visto en estos archivos, lo que es cierto es que ésta se parece más a una imagen sin procesar, tal cual sale de la cámara. Estas imágenes “en bruto” se envían para su procesado al National Center for Supercomputing Applications en Urbana-Champaign en Estados Unidos, para ser procesadas y prepadas para el análisis científico por parte de nuestros detectives.

En DES, tenemos un listado de récords, que incluye las imágenes más nítidas que se han tomado en cada uno de los cinco filtros. Nuestra amiga 403841 aparece orgullosa en la lista: la mejor de las mejores. Pero lo mejor de los récords es que están ahí para ser batidos.

 

Det. Josh Frieman [Fermilab y Universidad de Chicago]

 

NB: echa un vistazo al Reddit AMA del viernes 30, donde discutimos las pruebas y evidencias para la materia oscura y la energía oscura (https://www.reddit.com/r/science/comments/2u6yxp/science_ama_series_im_dr_josh_frieman_director_of/).

 

 

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比最好更好的事

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少尉,杰克· 杰森。西点军校。优秀毕业生。报告长官,我们来这儿是因为你需要比佼佼者中的最好还要更好的人!——《黑衣人》

 

穹顶之下,暗能量巡天需要最澄澈的天空以获取最精美的影像和最优质的宇宙膨胀线索。

 

在暗能量巡天的网站上,你可以看到很多由暗能量相机拍摄的精美星系图片。这些星系形状、大小、颜色各不相同,但有一处是相通的:它们都在飞速驶离银河系,时速高达每小时几亿英里——宇宙正在膨胀,这件事情我们已经知道了快90年。

 

如果我们有办法记录每个星系的速度,猜猜看,这些速度是一直不变的呢?还是正在加速,或者减速?因为银河系引力的牵扯,艾萨克· 牛顿也许会猜减速,因为扔到空中的苹果会因为地球引力的作用速度慢慢减小(并最终掉下来)。但事实证明牛顿的引力观点是不适用的,这些星系正在加速,而不是减速。宇宙的膨胀正在加速,这件事情我们17年前才刚刚知道。暗能量巡天的300个侦探们正在进行一项长达五年的任务试图理解这个现象。在这个探索项目里,他们要对天空进行史上最大的“巡查”。

 

这个目标看起来过于“高大上”(确实如此)。本质上,暗能量巡天不过是在拍照片而已,拍很多很多的照片。如果进行顺利,暗能量巡天的侦探们一个晚上要拍大约250张天空的照片。五年的时间里,我们的文件夹里会累计起8万多张照片。每张照片的曝光时间大约是一分钟半,使遥远的星系也能有足够的光被捕捉到。在每张照片里,你可以找到大约8万个星系。这些照片涵盖了对每片天空50次的重复摄影。你要是想算你就自己算吧:反正我们最后拍摄到的星系有2亿之多!

 

 

我们研究暗能量——也就是导致宇宙加速的神秘力量——的一个方法是精准测量这2亿个星系的形状并相互比较。设想一下给2亿人(地球人口的三十五分之一)拍照片以研究人类人口的多样性。要最大化这些人类信息,你肯定想找职业摄影师在同等条件下拍最好的照片:光线要好,聚焦要准,相机还不能乱晃,你的模特也不准乱动。但是你总不能避免在这2亿人里,因为人和环境的差异,有些人拍出来要好看些。也许一些照片里面,有些模特动了一动,照片稍微模糊。另外一些照片背景光太强或者太弱,模特看不清楚。

 

同理,暗能量巡天希望能够为这2亿个星系拍到最美丽最精致的照片。作为天空的职业摄影师——天文学家,我们用的是世界上最好的相机——我们自己制作的的暗能量相机——进行拍摄。这个相机有570兆像素和5个超大透镜。它还有一套非常复杂的自动对焦系统以拍摄最最聚焦的照片。

 

当然,我们不需要闪光灯,因为这些星系里面可有几十亿个太阳在照明。

 

不过就像那些给人拍照的专业摄影师会遇到各种问题一样,大自然也时常会给我们天文学家制造些“麻烦”。暗能量相机安置在布兰科天文望远镜上,这台望远镜坐落于智利安第斯山脉的托洛洛山头。这个地方绝大多数的晚上都是晴空万里,但保不准什么时候就会有朵云彩飘过。即使我们能够完美聚焦,大气层中的湍流还会让星星变得一闪一闪的,也会让我们拍摄的星星和星系的照片变得模糊。我们的相机会接受所有所有从望远镜4米主镜上反射下来的光线。但是如果有气流冷锋,望远镜顶端的气温会比这个15吨主镜的温度略低,主镜上就有热气流升起,进一步模糊我们的影像。另外,相机拍到的头顶的照片最清晰——望远镜如果对着远离天顶的方向,星星和星系的光线就要穿过越多的大气层,被模糊的也越厉害;因为我们的任务涵盖大片的天空,我们总不能一直对着头顶拍摄。强风有时候也会从望远镜圆顶的天窗里通过,导致望远镜轻轻晃动,这也会让我们的照片有些模糊。另外,因为地球在自转,在一幅曝光里面,我们笨重的望远镜也要微微移动,以精确跟随我们的目标移动;如果这个过程有一点闪失,我们的照片也会——你应该已经猜到了——有些模糊。

 

 

因为这样和那样的原因,暗能量巡天拍摄的照片品质总会有些变化。有些晚上,天公作美,我们可以拍到很清晰的照片。另外一些晚上,事不如人意,拍的照片比较烂,结果就是我们会很难测量星系的形状。如果一幅照片过于模糊,我们就不会使用这张照片:我们会寻找机会重新对这些星系拍照。迄今为止,我们拍过的80%的照片都达到了使用标准。

 

观测季的绝大多数晚上,我们的相机后面有3个暗能量侦探在进行操作。每个观测员大概在这里待上一个星期,这样每个观测段(译者注:每年暗能量巡天的观测约为100多天)我们需要50个侦探进行“轮班”。2015年1月27日的晚上,正轮到我在望远镜这里进行观测。我的轮班正进行到一半,同行的还有其他两个人,分别是来自密歇根大学的张圆圆(Yuanyuan Zhang)和来自伊利诺伊大学香槟分校的安德鲁 纳德斯基(Andrew Nadolski)。那个晚上,安德鲁负责操控相机,我负责监测照片的质量,圆圆则是我们的小老板(小编注:圆圆可是DES头儿的头儿!因为本文的作者是整个暗能量巡天项目的负责人)。

 

那个晚上的天气状况非常好。虽然空气有点潮湿,大气层却是极其的平静和稳定。我们当时主要是使用红光和近红光滤波片进行拍摄。这主要是因为那天晚上有月亮,月亮的颜色其实非常的蓝,而红光和近红光的滤波片则可以阻拦绝大部分的散射月光,这样我们就可以看到天空里偏红的星系。比方说,在这张著名的摄制于优胜美地国家公园(美国,Yosemite National Park)的 《巨石,半圆山的容姿》(“Monolith, the Face of Half Dome”)里,安塞尔·亚当斯(Ansel Adams)就使用了红光(但不是近红外)滤波片以暗化天空制造对比效果。

 

那个晚上的当地时间0点28分,我们抓取了一个曝光编号为403841的照片。当时我们使用的是一个被称为“Z”波段的近红光滤波片。这个“Z”波段如此之红,以致于它已经处于人眼可见范围之外。但是数字相机,尤其是暗能量相机,却对近红光非常敏感。另外,我们的电脑会对拍到的每一幅照片进行即时处理,并将结果显示到一排显示器上,这样我们就可以判断我们数据是不是通过了筛选标准。当403841通过处理的时候,我们的程序显示这张照片极其清晰。进一步分析确认,这张照片是暗能量巡天自两年前观测启动开始到现在拍摄的3万5千张照片里面最清晰的一张。

 

这张照片如此之清晰(“锐”),以至于每颗星星只有0.6弧秒、也就是0.00017度的宽度。作为参考,这个宽度大概是从地球上看月球表面一个直径1千米的月坑的大小,或者也可以说,这是置于30米外的头发的宽度。

 

本页的图片展示的是着色过的403841号照片的一小部分,这一部分包含了一个巨大的螺旋星系,一些较小较暗淡的星系,以及银河系里的一些星星。红色圈里的星星大概0.6弧秒宽。你也许觉得这张照片没有我们网站上其他的彩色照片好看,但是这张图片更接近于我们未经处理的原片。暗能量巡天的“原片”要先送到位于伊利诺伊厄本那-香槟的国家超级计算中心(美国,National Center for Supercomputing Applications)进行处理(如果你不到40岁,你可以问问你们的父母,他们是不是还记得以前把原片送出去冲洗的情景),这样我们的暗能量侦探们才可以使用它们进行科学研究。

 

在暗能量巡天这里,我们有一个“牛掰”网页记录我们在5个波段拍到的最清晰的照片。我们的403841号已经在这个网页上占据了显要位置——它是5个波段最好的照片里面最好的一张。但是比最好的照片更好的是,这些记录总有一天要会被更更好的记录取代。

 

作者:暗能量侦探 乔什· 弗里曼,费米实验室、芝加哥大学 (Josh Frieman, Fermilab and the university of Chicago)

翻译:暗能量侦探 张Y(Y. Zhang)

翻译编辑:暗能量侦探 李T (T. Li)

 

另请注意:1月30日星期五的时候,我们在Reddit网站上做了一个“十万个为什么”的活动(Reddit AMA on Friday, Jan 30)。我们讨论了暗物质和暗能量的一些实例和证据。

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O melhor do melhor

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Segundo-Tenente, Jake Jenson. West Point. Graduado com louvor. Nós estamos aqui porque vocês estão procurando o melhor do melhor do melhor, senhor! – Homens de Preto

 

Os céus mais limpos nos dão as melhores imagens e produzem as melhores pistas para o enigma da expansão cósmica.

Faça um passeio através das pastas dos casos dos Detetives da Energia Escura, e você verá belas imagens de galáxias feitas com a Câmera da Energia Escura, ou Dark Energy Camera. Apesar de terem diferentes formas, tamanhos, e cores, essas galáxias têm algo em comum: todas elas estão se afastando da nossa Via-Láctea, a velocidades da ordem de dezenas a centenas de milhões de quilômetros por hora. O Universo está em expansão, algo que já sabemos há cerca de 90 anos.

Se nós pudéssemos registrar as velocidades de cada uma dessas galáxias ao longo do tempo, o que iríamos encontrar? Será que continuariam as mesmas, aumentariam, ou diminuiriam? Já que a gravidade da Via-Láctea dá um puxãozinho nelas, Isaac Newton nos diria que elas deveriam diminuir sua velocidade com o tempo, assim como uma maçã jogada para cima no ar diminui sua velocidade (e depois cai) graças ao puxão da gravidade terrestre. Entretanto Isaac estaria errado, as galáxias estão ficando cada vez mais rápidas, não mais lentas. A expansão do Universo está acelerando, algo que só descobrimos 17 anos atrás. Os 300 detetives do Dark Energy Survey (DES) embarcaram numa missão de cinco anos para compreender porque isso está acontecendo. Nessa jornada, eles estão conduzindo o maior levantamento do cosmos já feito.

Apesar desses objetivos parecerem sublimes e profundos (e são), na verdade a função do DES é tirar fotos. Um monte delas. Numa noite típica, detetives do DES tiram cerca de 250 fotos do céu. Depois de cinco anos, nós teremos mais de 80.000 fotos em nosso álbum. Para cada fotografia, o obturador fica aberto por cerca de um minuto e meio para deixar entrar uma quantidade suficiente de luz de galáxias distantes. Em cada imagem, você pode contar aproximadamente 80.000 galáxias. Quando juntamos todas essa imagens, e levando em consideração que cada parte do céu vai ser fotografada umas 50 vezes, chegamos a ter imagens de cerca de 200 milhões de galáxias, .

Uma das maneiras de se aprender mais sobre energia escura – essa coisa que supostamente está causando a expansão acelerada do universo – é medir precisamente a forma dessas 200 milhões de galáxias e comparar elas entre si. Imagine tirar fotos de 200 milhões de pessoas, aproximadamente uma em cada 35 pessoas na Terra, para aprender sobre a diversidade da raça humana. Para obter a maior quantidade possível de informação sobre a nossa espécie, você vai querer que todas as suas fotos sejam tiradas por um fotógrafo profissional e sempre sob excelentes condições: boa iluminação, foco perfeito, sem tremor das mãos do fotógrafo ou movimento da pessoa em foco durante a exposição, etc. Mas inevitavelmente, com 200 milhões de fotos, dados os caprichos da vida e das pessoas, algumas fotos vão ficar melhor que outras. Em algumas, o indivíduo fica fora de foco, em outras, a luz de fundo atrapalha o contraste.

No Dark Energy Survey, nós estamos nos esforçando para conseguir as fotografias mais nítidas e melhores possíveis dessas 200 milhões de galáxias. Na qualidade de fotógrafos profissionais do céu noturno (também conhecidos como astrônomos), nós estamos usando o melhor equipamento que há – a Dark Energy Camera – a qual construímos nós mesmos. A câmera tem 570 Megapixels e 5 lentes enormes. Ela tem um sofisticado sistema de auto-focus para nos dar sempre a melhor imagem possível.

Pode guardar o flash, já que as galáxias queimam com a luz de bilhões de sóis.

Assim como em fotografia de pessoas, a Natureza nem sempre colabora. A Dark Energy Camera está montada no telescópio Blanco, localizado em Cerro Tololo no Andes Chileno. Esse lugar tem quase sempre noites limpas, mas ocasionalmente, algumas nuvens passam por ali. Turbulência na atmosfera, a qual faz as estrelas piscarem, faz com que as imagens de estrelas e galáxias fiquem ligeiramente borradas, mesmo se a câmera esteja perfeitamente focada. A câmera trabalha tirando fotos de toda a luz que se reflete no espelho de 4 metros de diâmetro do telescópio. Mas se uma frente fria chega, fazendo o ar no domo do telescópio ficar mais frio do que o espelho de 15 toneladas, plumas de ar quente se erguendo do espelho também produzem imagens borradas. As imagens mais penetrantes são aquelas tiradas quando se aponta o telescópio diretamente para cima – a medida que nos afastamos da vertical em que apontamos o telescópio, a luz tem que atravessar mais camadas de ar na atmosfera, o que contribui para borrar a imagem; como o nosso levantamento cobre grandes trechos de céu, não podemos apontar na vertical o tempo todo. Ventos fortes soprando através das aberturas do domo podem fazer com que o telescópio balance um pouco durante um exposição, também borrando a imagem. Uma vez que a Terra tem um movimento de rotação, durante a exposição o grande e pesado telescópio tem que compensar esse movimento continuamente, se movendo de maneira suave para acompanhar o alvo; qualquer desvio do movimento vai – como você já deve adivinhar – borrar a imagem.

Por todas essas e outras razões, a qualidade das imagens do DES variam. Em algumas noites, condições conspiram de forma a nos dar imagens perfeitas. Em outras, as imagens são um pouco mais borradas do que gostaríamos, dificultando o trabalho de se medir o formato das galáxias distantes. Se uma imagem ficou borrada demais, nós não a incluímos no album: em outra noite voltamos para tirar uma foto daquela região em particular. Até agora, cerca de 80% das imagens que tiramos estão boas o suficiente para incluirmos no album.

Na maioria das noites durante nossa temporada de observação, nós temos três detetives operando a câmera; cada um de nós fica lá por cerca de uma semana, e durante a temporada cerca de 50 detetives se revezam, em “turnos”. Na noite de 27 de Janeiro de 2015 eu estava no meio de minha semana de observação no telescópio com outros dois colegas de investigação, Yuanyuan Zhang da Universidade de Michigan e Andrew Nadolski da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. Naquela noite, Andrew estava pilotando a câmera, eu estava checando a qualidade das imagens, e Yuanyuan era nossa chefa.

As condições da noite estavam sensacionais. Apesar de um pouco úmido, a atmosfera estava extremamente suave e estável. Estávamos tirando fotos principalmente nos filtros que deixam passar a luz vermelha e próxima do infra-vermelho. A razão disso era que a Lua estava no céu, e a Lua é na verdade bem azul: filtros vermelhos bloqueiam a maior parte da luz da Lua que é espalhada pela atmosfera, permitindo que galáxias vermelhas sejam vistas contra o pano de fundo escuro do céu. Em sua famosa fotografia “Monolith, the Face of Half Dome” tirada no Parque Nacional de Yosemite, Ansel Adams usou um filtro vermelho (mas não infra-vermelho) para escurecer o céu azul a plena luz do dia resultando num efeito dramático.

Às 00:28 hora local, tiramos uma foto marcada pelo número 403841, usando um filtro próximo do infra-vermelho chamado banda z. A banda z é tão vermelha que está além do espectro visível que pode ser visto pelo olho humano, mas câmeras digitais, e a Dark Energy Camera em particular, são muito sensíveis à essa radiação. Computadores no telescópio analisam cada imagem logo após sua integração e mostram os resultados em um monte de monitores, de modo que possamos dizer se estamos tirando fotos que podem entrar em nosso album cósmico. Quando 403841 apareceu, a tela mostrou uma imagem profundamente penetrante. Análises posteriores nos convenceram de que ela era de fato a imagem mais penetrante das cerca de 35.000 já tiradas pelo DES até agora, considerando os dois anos de operação.

A imagem era tão penetrante que a luz de cada estrelas estava espalhada por apenas 0,6 segundos de arco ou 0,00017 graus. Para fins de comparação, esse é o tamanho angular de uma cratera de um quilometro na superfície da Lua vista da Terra. Ou pode considerar o tamanho de um fio de cabelo humano visto a uma distância de 30 metros.

Uma pequena parte da imagem 403841 é mostrada acima com cores falsas, mostrando uma grande galáxia espiral mais um bocado de galáxias menores e fracas e algumas estrelas brilhantes da nossa Via-Láctea. A estrela dentro do círculo vermelho na parte inferior direita da imagem tem sua luz espalhada  sobre cerca de 0,6 segundos de arco. Enquanto essas imagens coloridas talvez não sejam tão bonitas quanto outras em outros casos dos Detetives da Energia Escura, essa é o mais próximo do que uma imagem crua vinda diretamente da câmera parece. As imagens digitais cruas do DES são enviadas para o National Center fof Supercomputing Applications (Centro Nacional para Aplicações Supercomputacionais) em Urbana-Champaign, Illinois (se você tem menos de 40 anos, pergunte aos seus pais se eles se lembram de mandar um filme para revelar), para prepará-las para a análise científica por nossos colegas detetives do DES.

No DES, temos uma página web chamada “direito de se gabar” onde estão as melhores imagens tiradas em cada um dos cinco filtros e onde nossa amiga 403841 agora ocupa um lugar de destaque – a melhor da melhor. Mas a melhor coisas em recordes é que eles são feitos para serem quebrados.

 

–Det. Josh Frieman [Fermilab e Universidade de Chicago]

Tradução: Det. Ricardo Ogando e Det. Flávia Sobreira

 

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The best of the best

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Second Lieutenant, Jake Jenson. West Point. Graduate with honors. We’re here because you are looking for the best of the best of the best, sir! —Men in Black

The clearest skies give the best images and provide the best clues to cosmic expansion

Scroll down through these Dark Energy Detectives case files, and you’ll see beautiful images of galaxies taken with the Dark Energy Camera. While they come in different shapes, sizes, and colors, these galaxies all have one thing in common: they’re all speeding away from our own Milky Way, at speeds of tens to hundreds of millions of miles per hour. The Universe is expanding, something we’ve known for nearly 90 years.

If we could track the speeds of each of these galaxies over time, what would we find: would they stay the same, speed up, or slow down? Since the Milky Way’s gravity tugs on them, Isaac Newton would have told us they would slow down over time, just as an apple thrown straight up in the air slows down (and eventually falls) due to the pull of Earth’s gravity. But Isaac would have been wrong, the galaxies are getting faster, not slower. The expansion of the Universe is speeding up, something we’ve known for only 17 years. The 300 detectives of the Dark Energy Survey (DES) are embarked on a five-year mission to understand why this is happening. In this quest, they’re carrying out the largest survey of the cosmos ever undertaken.

While these goals sound lofty and profound (and they are), at its core DES is really about taking pictures. Lots of them. On a typical night, DES detectives snap about 250 photos of the sky. After five years, we’ll have over 80,000 photos in our album. For each snapshot, the camera shutter is kept open for about a minute and a half to let in enough light from distant galaxies. On each image, you can count about 80,000 galaxies. When we put them all together, and accounting for the fact that we’ll snap each part of the sky about 50 times, that adds up to pictures of about 200 million galaxies, give or take.

One of the ways we’ll learn about dark energy—the putative stuff causing the universe to speed up—is by measuring the shapes of those 200 million galaxies very precisely and comparing them to each other. Imagine taking photos of 200 million people, roughly one out of every 35 people on Earth, to learn about the diversity of the human race. To gain the most information about our species, you will want all of your photos to be taken by a professional photographer under identical conditions conducive to getting the best image: good lighting, camera perfectly in focus, no jiggling of the camera or movement of your human subject during the exposure, etc. But inevitably, with 200 million photos, given the vagaries of people and circumstance, some photos will come out better than others. In some, the subject may be a bit blurred. In others, there may be too much or too little background light to see the person clearly.

In the Dark Energy Survey, we’re striving to get the best, clearest snapshots of these 200 million galaxies that we can. As professional photographers of the night sky (a.k.a. astronomers), we’re using the best equipment there is—the Dark Energy Camera, which we built ourselves—to do the job. The camera has 570 Megapixels and 5 large lenses. It has a sophisticated auto-focus mechanism to always give us the crispest images possible.

No need for a flash, since galaxies burn with the light of billions of suns.

But as with human photography, Nature doesn’t always cooperate. The Dark Energy Camera is mounted on the Blanco telescope, located at Cerro Tololo in the Chilean Andes. This site has mostly very clear nights, but occasionally, clouds roll by. Turbulence in the atmosphere, which makes stars twinkle, leads to a slight blurring of the images of stars and galaxies, even if the camera is in perfect focus. The camera works by taking pictures of all the light that reflects off the 4-meter-diameter mirror of the telescope. If a cold front moves through, making the air in the telescope dome cooler than the 15-ton mirror, plumes of hot air rising off the mirror lead to blurry images. The sharpest images are those taken straight overhead—the further away from straight up that we point the telescope, the more atmosphere the light has to pass through, again increasing the blurring; since our survey covers a large swath of the sky, we cannot always point straight up. Strong wind blowing in through the open slit of the dome can cause the telescope to sway slightly during an exposure, also blurring the picture. Since the Earth rotates around its axis, during an exposure the massive telescope must compensate by continuously, very smoothly moving to stay precisely locked on to its target; any deviation in its motion will—you guessed it—blur the image.

For all these reasons and others, the quality of the DES images varies. On some nights, conditions conspire to give us very crisp images. On others, the images are a bit more blurred than we’d like, making it harder to measure the shapes of those distant galaxies. If an image is too blurred, we don’t include it in the album: we’ll come back another night to take a photo of those particular galaxies. So far, about 80% of the photos we’ve taken have been good enough to keep.

Most nights during our observing season, we have three detectives operating the camera; each of us is there for about a week, and in the course of a season about 50 detectives rotate through, taking their “shifts.” On the night of January 27, 2015, I was in the middle of my week-long observing shift at the telescope with two fellow detectives, Yuanyuan Zhang from the University of Michigan and Andrew Nadolski from the University of Illinois at Urbana-Champaign. That night, Andrew was manning the camera, I was checking the quality of the images as they were taken, and Yuanyuan was our boss.

The conditions that night were outstanding. Although it was a bit humid, the atmosphere was extremely smooth and stable. We were mainly taking pictures using filters that let in only very red or near-infrared light. This was because the moon was up, and the moon is actually quite blue: red filters block most of the moonlight that scatters off the atmosphere from entering the camera, enabling us to see red galaxies against the dark night sky. In his famous photograph “Monolith, the Face of Half Dome” taken in Yosemite National Park, Ansel Adams used a red (but not infrared) filter to darken the blue daytime sky to dramatic effect.

At 12:28 am local time, we snapped exposure number 403841, using a near-infrared filter called the z-band. The z-band is so red that it’s beyond the visible spectrum that can be seen by the human eye, but digital cameras, and the Dark Energy Camera in particular, are very sensitive to near-infrared light. Computers at the telescope analyze each image right after it’s taken and display the results on a bank of monitors, so we can tell whether we’re taking data that passes muster for our cosmic album. When 403841 came out, the screen showed that it was an exceptionally sharp image. Further analysis convinced us that it was in fact the sharpest image of the roughly 35,000 snapshots that DES has taken so far, going back two years to the beginning of the survey.

The image was so sharp that the light from each star was spread out over only about 0.6 seconds of arc or about 0.00017 degrees. For comparison, that’s how big a crater a kilometer across on the surface of the moon looks from Earth. It’s also the angular size of a typical human hair seen at a distance of about 100 feet.

A small portion of the 403841 image is shown above in false color, showing a great spiral galaxy plus a number of smaller, fainter galaxies and a few bright stars in our own Milky Way. The star inside the red circle at the lower right of the image has its light spread out over only 0.6 arc seconds. While not as pretty as the color images of galaxies in other DED case files, this is closer to what a raw image directly from the camera looks like. The raw DES digital images are sent for processing to the National Center for Supercomputing Applications in Urbana-Champaign, Illinois (if you’re under 40, ask your parents if they remember sending film out for processing), to make them science-ready for our fellow DES detectives.

In DES, we keep a “bragging rights” web page of the sharpest images we have taken in each of the five filters we use. Our friend 403841 is now prominently displayed there—the best of the best. But the best thing about records is that they’re made to be broken.

 

–Det. Josh Frieman [Fermilab and the University of Chicago]

N.B.: we just completed a Reddit AMA on Friday, Jan 30, where we discussed the cases and evidence for dark energy and dark matter.

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