来自星海边缘的回忆
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）
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？）
早上起来在鞋里找到只蝎子。（翻译：谁丢的？认领啦）
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）
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）
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。）
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）
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）
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)
Memórias das fronteiras do universo
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.
Ver a minha primeira raposa na montanha.
Encontrar um escorpião no meu calçado de manhã.
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!
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!
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.
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.
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
Memories from the edge of the universe
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!
Seeing my first fox on the mountain!
Finding a scorpion in my shoe one morning.
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!
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!
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.
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.
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)
Lo mejor de lo mejor
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/).
比最好更好的事
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。
O melhor do melhor
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
The best of the best
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.
Bailando en la oscuridad
“Trabaja como si no te hiciera falta el dinero. Ama como si nunca te hubieran hecho daño. Baila como si nadie te observara” – Satchel Paige
Un surtido de cuerpos celestes, grandes y pequeños, bailan toda la noche al son de la silenciosa tonadilla de la gravedad. En la oscuridad que yace más allá de Neptuno, esta compañía de objetos del cinturón de Kuiper (KBOs, por sus siglas en inglés), ha estado bailando como si nadie les observara, hasta ahora.
Es un baile pausado, lento, puesto que los objetos del cinturón de Kuiper tardan siglos en completar una sola órbita. Estos KBOs, cada uno de ellos de unos pocos cientos de kilómetros de tamaño, han sido descubiertos por DES durante los últimos dos años y medio (uno de ellos, fue descrito aquí anteriormente). Imagina que no sabes nada acerca de la gravedad. ¿Qué deducirías de un patrón así? ¿Cómo lo explicarías? Las leyes físicas que producen estos intrincados patrones, sin duda tienen que ser muy complejas ¿no es así?
Nuestros antepasados registraban las andanzas de los planetas noche a noche, estación a estación. Se dieron cuenta de que viajaban por el cielo a ritmos completamente dispares. A veces, parecían pararse para volver sobre sus pasos contra el mosaico celeste de estrellas fijas que servía como referencia para, al poco tiempo, retomar su viaje. Se desarrollaron modelos muy ingeniosos para dar cuenta de esta complicada danza. Pero fueron haciéndose progresivamente más enrevesados, y lo que es peor, empezaron a fallar en su descripción de nuevas observaciones que se hacían con cada vez mayor precisión.
Hicieron falta dos revoluciones científicas, la primera con Copérnico y después con Newton, para demostrar que el movimiento planetario puede ser explicado con una sencilla ecuación, la ley de la gravedad. El patrón oculto de pronto se aclaró.
La grácil pirueta que describe un KBO proviene de la combinación de dos tipos de movimiento. Su órbita, de siglos de duración, produce una deriva lenta hacia el este que lo arrastra aproximadamente lo que abarca la anchura de la cámara DECam en el cielo, cada año. Pero al estar observando estos objetos desde una plataforma móvil (¡la Tierra!) en su movimiento alrededor del Sol, observamos el KBO desde distintos puntos de vista. A veces a 150 millones de kilómetros de un lado del Sol, seis meses después desde 150 millones de kilómetros desde el otro lado y otras veces desde un punto intermedio. Esto resulta en un movimiento de ida y vuelta respecto al fondo de estrellas sobre el que se superpone el movimiento orbital del KBO. Para verlo tu mismo, simplemente extiende un dedo de tu mano delante tuya y observa cómo cambia de posición respecto a los objetos del fondo cuando mueves la cabeza.
La física intenta “destilar” el orden a partir de la complejidad, para explicar la vasta diversidad de fenómenos naturales, con un pequeño número de leyes sencillas. Más adelante, los físicos se dieron cuenta que la ley de la gravedad de Newton se quedaba corta en ciertas situaciones y fue superada por la teoría de la relatividad general de Einstein.
Hoy en día, la gravedad presenta un nuevo misterio para nuestra generación: ¿por qué se expande el universo aceleradamente? Quizás una nueva ley explique el misterio de la energía oscura con tanta elegancia y simplicidad como la ley de Newton explica el baile de los planetas. Y esa esperanza es la que mantiene a los Detectives de la Energía Oscura en pie, pacientemente escudriñando el cielo.
Det Dave Gerdes [Universidad de Michigan]
Una sopa cósmica con fundamento
En lo más profundo del cosmos, entre las fuerzas oscuras y las energías que le dan vida, arde una llama sobre la que cuece… un caldo.
La historia de la expansión del universo está dominada por la materia y la energía oscura. Sin embargo, son los elementos cotidianos de la tabla periódica los que nos permiten estudiarlo y entender su historia. En esta entrada os proporcionamos una pizca de las ideas sobre cómo comenzó su existencia esta sopa cósmica de elementos.
Casi todos los elementos se crearon en la primera media hora tras el Big Bang. El potaje resultante resultó más bien soso: nueve núcleos de hidrógeno (un protón) por cada núcleo de helio (dos protones) y casi nada del resto. Incluso rebuscando entre mil millones de núcleos, tendrías suerte si encontraras algún sabroso litio de tres núcleos.
Afortunadamente, en los 13700 millones de años posteriores, las cosas se pusieron un poco más interesantes. La fusión nuclear, tan difícil de reproducir en la Tierra, es habitual en las estrellas. Gracias a ella existe el carbono de nuestras células y el hierro de nuestra sangre.
El sabor, densidad y temperatura de esta sopa de elementos varía considerablemente. Pensad en nuestro propio Sistema Solar: desde las presiones y temperaturas extremas del núcleo del Sol, hasta el frío vacío interplanetario. Estas variaciones se repiten por toda la Vía Láctea y en el resto de las galaxias.
Estos tres hechos, que la mayoría de los elementos se crearon poco después del Big Bang, que el universo se enriqueció después y la enorme variabilidad de condiciones para dichos elementos, suponen una gran ventaja para el proyecto Dark Energy Survey.
Tomad como ejemplo los cúmulos de galaxias, como los que aparecen en la presentación que encabeza esta entrada (y descritos con más detalle más abajo). Estas estructuras son tan enormes, que pueden considerarse “mini-universos” por derecho propio. Los cúmulos contienen varias docenas de galaxias, a veces cientos. Entre ellas existe un velo de gas tenue.
Tanto el gas como las galaxias están atrapadas dentro de los confines del cúmulo por la materia oscura. Podría decirse que la materia oscura actúa como la tapa de una cacerola. Así como la tapa evita que se evapore todo el agua, la materia oscura evita que las galaxias, muchas de las cuales se mueven a más de un millón de kilómetros por hora, se dispersen. Sin embargo, en las fronteras de los cúmulos de mayor tamaño, la energía oscura empieza a competir seriamente con la gravedad, y algunas de las galaxias se ven arrancadas de su cúmulo original. Esta competición entre energía oscura y gravedad a estas escalas es lo que convierte a los cúmulos en magníficas sondas para explorar la energía oscura.
Las partículas de gas se hallan tan calientes que los electrones (cargados negativamente) y los núcleos (cargados positivamente) se separan convirtiendo el gas en un plasma. Éste brilla con intensidad en la zona de los rayos X en el espectro electromagnético, que puede ser detectado por satélites como XMM-Newton y Chandra. El plasma también crea una sombra en el Fondo Cósmico de Microondas (el pulso de luz emitido en todas direcciones unos pocos cientos de miles de años después del Big Bang), de manera que también puede detectarse por radiotelescopios como el South Pole Telescope.
Por contra, los elementos atrapados en las estrellas se hallan mucho más fríos, y a densidades muy superiores, y brillan con fuerza con luz visible. La luz de las estrellas no sólo permite detectar cientos de miles de cúmulos, sino también medir la distancia a los mismos (a través de una técnica conocida como desplazamientos al rojo fotométricos), y hacer estimaciones preliminares de sus masas. Estos valores de masa han de ser refinados antes de poder usar estos cúmulos para hacer cosmología, y la información del plasma de los telescopios de rayos X y radio es esencial para eso.
En la presentación de arriba mostramos varios ejemplos de los cientos de cúmulos registrados por el Dark Energy Survey que han sido observados también por el muestreo de cúmulos de XMM-Newton. La intensidad de la emisión del plasma caliente se indica con los contornos rojos. Los especialistas en rayos X trabajan con ambos conjuntos de datos (luz visible y rayos X) para calibrar las masas de los cúmulos del Dark Energy Survey.
Por último, ¿por qué decimos en el título con “fundamento”? Bueno, resulta que “fundamento” es sinónimo de “quintaesencia”, y este es el término adoptado por los cosmólogos como palabra comodín para referirse a las teorías que permiten una variación en el tiempo en las propiedades de la energía oscura.
Detective Kathy Romer [Universidad de Sussex]
Imagen: Detectives Phil Rooney [Universidad de Sussex] y Chris Miller [Universidad de Michigan].
Traducción: Nacho Sevilla
Sopa cósmica para a alma
Cercado por forças e energias ocultas aos olhos mas que trabalham ativamente no cosmos, um fogo arde… fervendo uma sopa.
A história de expansão do Universo é dominada pela matéria escura e energia escura. Entretanto, são os elementos na tabela periódica que nos permitem estudar e compreender essa história. Nesse artigo damos um gostinho de como a sopa cósmica de elementos surgiu.
Quase todos os elementos apareceram dentro dos primeiros 30 minutos após o Big Bang. O caldo resultante era um pouco “insosso”: 9 núcleos de hidrogênio (um próton) para um núcleo de hélio (dois prótons) e quase mais nada do resto. Você teria que caçar muito, através de bilhões de núcleos, para encontrar um delicioso “naco” de lítio (três prótons).
Felizmente, ao longo dos últimos 13,7 bilhões de anos, a sopa cósmica levou um pouco mais de tempero. A fusão nuclear – tão inatingível na Terra – é corriqueira nas estrelas: temos que agradecer à fusão nuclear pelo carbono em nossas células, pelo ferro em nosso sangue.
O sabor, densidade e temperatura da sopa de elementos varia bastante. Veja o nosso sistema Solar por exemplo: das pressões e temperaturas extremas no núcleo do Sol, ao frio e o vazio do espaço que cerca os planetas. Essas variações se repetem por toda a Via-Láctea e em todas as outras galáxias no universo também.
Esses três conceitos – que todos os elementos se formaram logo após o Big Bang; que uma pequena quantidade de elementos pesados foi adicionada deste então; e que os elementos são distribuídos de forma heterogênea – são de grande utilidade para o Dark Energy Survey.
Veja por exemplo os aglomerados de galáxias, como os que estão no video acima (e descrito em detalhes mais tarde). Essas estruturas são tão grandes que podem ser consideradas mini Universos. Aglomerados contem várias dezenas de galáxias, às vezes até centenas. No espaço entre as galáxias habita uma tênue neblina de gás.
Tanto o gás quanto as galáxias estão presas dentro das fronteiras do aglomerado pela matéria escura. A matéria escura atua como a tampa em uma panela, assim como a tampa impede que a água na panela evapore toda rapidamente, a matéria escura impede as galáxias – as quais estão se movendo a milhões de quilômetros por hora – de fugir. Entretanto, nas bordas dos maiores aglomerados, a energia escura compete com a gravidade e as galáxias começam a escapar. É essa interação entre gravidade e energia escura que faz com que aglomerados de galáxias sejam tão úteis para estudos cosmológicos.
As partículas do gás em aglomerados são tão quentes que elétrons (carga negativa) e núcleos (carga positiva) são separados um do outro (opostos se atraem) – essa forma de gás é conhecida como plasma. O plasma brilha intensamente na parte do espectro eletromagnético conhecida como raio-X e pode ser detectada por satélites como XMM-Newton e Chandra. Esse plasma também produz uma sombra sobre a Radiação Cósmica de Fundo (um pulso de luz emitido por todo o Universo uns cem mil anos após o Big Bang), o que significa que ele também pode ser detectado em radio-telescópios tais como o South Pole Telescope.
Diferentemente do gás, os elementos presos em estrelas são mais frios, e em densidades muito maiores, emitem luz visível. A luz das estrelas permite que o Dark Energy Survey não apenas detecte milhares de aglomerados, mas também meça suas distâncias (através de uma técnica conhecida como “desvio para o vermelho fotométrico”), e faça uma primeira estimativa de suas massas. Essas massas precisam ser refinadas antes de serem usadas em estudos cosmológicos, e observações do plasma feitas por telescópios no raio-X e rádio são fundamentais para isso.
No vídeo acima mostramos alguns exemplos das centenas de aglomerados do Dark Energy Survey que também foram observados pelo levantamento XMM-Newton Cluster Survey. A intensidade da emissão em raio-X vinda do plasma quente é indicada pelos contornos vermelhos. Especialistas em raio-X estão trabalhando com esses dois conjuntos de dados para calibrar as massas dos aglomerados do Dark Energy Survey.
Finalmente… porque “para a alma”? Bom, “alma” pode ser um sinônimo de “quintessência”, e a Quintessência foi um termo adotado por muitos cosmólogos para descrever genericamente teorias que permitem que as propriedades da Energia Escura varie com o tempo.
Det. Kathy Romer [Universidade de Sussex]
Créditos da Imagem: Det.’s Phil Rooney [Universidade de Sussex] e Chris Miller [Universidade de Michigan]
Trad. Det. Ricardo Ogando
Cosmic soup for the soul
Amidst the dark forces and energies at work across the cosmos, a fire brews, a soup simmers.
The expansion history of the Universe is dominated by dark matter and dark energy. However, it is the elements in the periodic table that allow us to study and understand that history. In this posting we give a flavor for how the cosmic soup of elements came into existence.
Almost all the elements came into existence within 30 minutes of the Big Bang. The resulting broth was rather dull: 9 hydrogen nuclei (one proton) to every helium nucleus (two protons) and almost nothing of anything else. Even if you sifted through a billion nuclei you’d still be lucky enough to find anything as tasty as lithium (three protons).
Fortunately, over the intervening 13.7 billion years, the cosmic soup has become a little more interesting. Nuclear fusion – so hard to reproduce on Earth – is common place in stars: we have fusion to thank for the carbon in our cells, to the iron in our blood.
The flavor, density and temperature of the element soup varies widely. Consider our own Solar system: from the extreme pressures and temperatures inside the Sun’s core, to the cold and empty space between the planets. These variations are replicated throughout the Milky Way and in all the other galaxies in the universe.
These three concepts – that most elements were formed just after the Big Bang; that a smattering of heavier elements have been added since then; and that the elements are distributed non-uniformly – are of great benefit to the Dark Energy Survey.
Take for example clusters of galaxies, like those in the slideshow above (described in more detail later). These structures are so enormous that they can be considered to be mini Universes in their own right. Clusters contain several dozen galaxies, and sometimes as may as several hundred. In between the galaxies is the continuous haze of tenuous gas.
Both the gas and the galaxies are trapped within the confines of the cluster by dark matter. The dark matter acts like the lid on a sauce pan, where the lid stops the pan boiling dry, the dark matter stops the galaxies – which are moving at more than a million miles per hour – from flying away. However, at the outer edges of the very largest clusters, dark energy competes with gravity and the galaxies are starting to be peeled away. It is this interplay of gravity and dark energy that make clusters such useful cosmological probes.
The particles in the gas are so hot that electrons (negatively charged) and nuclei (positively charged) are stripped apart – this form of gas is known as a plasma. The plasma shines brightly in the X-ray part of the electromagnetic spectrum and can be detected by satellites such as XMM-Newton and Chandra. The plasma also casts a shadow on the Cosmic Microwave Background (a pulse of light that was emitted throughout the Universe one hundred thousands years after the Big Bang), meaning it can also be detected with shortwave radio telescopes such as the South Pole Telescope.
By contrast, the elements trapped in the stars are cooler, and at much higher densities, and shine in visible light. Starlight allows the Dark Energy Survey to not only to detect hundreds of thousands of clusters, but also to measure their distances (via a technique known as photometric redshifts), and to make a first estimate of their masses. Those masses need to be refined before we can use the clusters for cosmology, and information of the plasma from X-ray and radio telescopes is essential for that.
In the slideshow above we show several examples of the hundreds of Dark Energy Survey clusters that have also been observed by the XMM-Newton Cluster Survey. The intensity of the X-ray emission coming from the hot plasma is indicated by the red contours. X-ray specialists are working with these two datasets to calibrate the masses of Dark Energy Survey clusters.
Finally… why “for the soul”? Well “soul’’ happens to be a synonym for “quintessence”, and Quintessence has been widely adopted by cosmologists as a catch all term to describe theories that allow for a time variation in the properties of Dark Energy.
Det. Kathy Romer [University of Sussex]
Image Credit: Det.’s Phil Rooney [University of Sussex] and Chris Miller [University of Michigan]
Nosso emaranhado escuro: pistas da energia escura
Oculto sob um mar de luz, um padrão complexo sussurra e muda lentamente. Este é composto de forças cósmicas praticamente invisíveis. Nesse espaço que separa amontoados de galáxias jaz um espaço vazio e árido. Contudo, enquanto cada galáxia, com seus bilhões de estrelas, tem uma história única de nascimento e evolução, devemos tomar cuidado para não deixar de ver a floresta por conta das árvores. Tomado como um todo, o padrão de aglomerados e vazios em nossos mapas de galáxias podem nos dizer muito sobre as forças escuras que dão forma a nosso universo.
Levantamento Digital do Céu Sloan (Sloan Digital Sky Survey): Mapa de Galáxias Mapa de galáxias pelo SDSS que alcança até 2 bilhões de anos-luz. Pontos vermelhos e verdes indicam a posição de galáxias, onde pontos vermelhos indicam uma maior densidade de galáxias. Áreas totalmente pretas são partes do céu que são inacessíveis ao levantamento. (Veja também o vôo através do SDSS.)
Olhando a imagem da Camera da Energia Escura (Dark Energy Camera, acima), podemos ver um monte de objetos celestes, incluindo manchas de diferentes cores: azul, vermelho, e amarelo, muitas das quais são galáxias distantes. Pode parecer que elas estão distribuídas aleatoriamente no cosmo. Entretanto, astrônomos mapeando a posição de galáxias espalhadas ao longo de grandes distâncias verificaram que elas estão organizadas em estruturas, em padrões cósmicos que atravessam trechos do tempo e espaço muito maior do que o visto nessa imagem. A figura à direita, do Sloan Digital Sky Survey, mostra um mapa com milhões de galáxias. Essas galáxias parecem se aglomerar em nós e filamentos (áreas com muitas galáxias), deixando para trás espaços vazios (regiões com menos galáxias ou nenhuma galáxia). Algumas das estruturas filamentares se estendem por bilhões de anos-luz – 60 trilhões de vezes a distância entre a Terra e o Sol.
Como qualquer bom detetive, não podemos ignorar um padrão. Como galáxias, separadas por bilhões de anos-luz, se distribuem nessa grande estrutura cósmica que vemos hoje? Parece que o “chefe” dessa operação cósmica é um conhecido amigo (e inimigo) dos terráqueos: a força da gravidade.
Usando simulações feitas em computadores, astrônomos são capazes de investigar como a gravidade atua em tantas galáxias separadas por distâncias tão grandes. A Simulação Millenium, e outras como ela, mostram que uma distribuição inicial quase aleatória de matéria vai naturalmente se concentrar em filamentos e vazios através da atuação da força da gravidade. Quando comparamos estatisticamente os resultados das simulações com nossos dados (observações de muitas galáxias), os padrão encontrados são os mesmos: a influência da gravidade universo afora produziu essa grande estrutura filamentar, a qual é chamada, “A Teia Cósmica”.
- Simulação Millenium: áreas mais brilhantes representam maiores concentrações de matéria e galáxias. (Voe através dessa simulação nesse vídeo)
Mas qual é a importância disso para detetives trabalhando no Dark Energy Survey? Bom, ao que tudo indica, a força da gravidade tem um arqui-inimigo em seu objetivo de criar uma grande teia que atravessa todo o universo: a energia escura, uma força invisível que causa a expansão acelerada do espaço por todo o universo. Quanto mais rápido o espaço se expande e acelera, maior as distâncias que galáxias tem que viajar para formar filamentos e aglomerados. Se existe mais energia escura, a gravidade precisa de mais tempo para juntar galáxias, e a estrutura em forma de teia leva mais tempo para se formar. Se não existe energia escura, a teia é feita rapidamente. Ao estudar a velocidade com que a teia cósmica é construída ao longo do tempo, podemos revelar o quão forte foi a energia escura e se ela está ficando mais forte ou mais fraca.
A batalha entre gravidade e energia escura, contada através da evolução de estruturas na teia cósmica, é chave para estudar a energia escura. De fato, a teia cósmica é especialmente importante para responder uma pergunta bem específica: será que existe mesmo a energia escura?!?
A maioria dos astrônomos concorda que existe um grande número de evidências da expansão acelerada do universo. Por diversas razões, a fonte mais aceitável dessa aceleração é algum tipo de nova força ou de outra forma, de uma energia oculta, “escura”. Mas a principal teoria alternativa é a mudança das leis da gravidade (especificamente, das leis da Teoria da Relatividade Geral de Einstein). Já que físicos e astrônomos testaram exaustivamente as leis de Einstein na Terra, no Sistema Solar, e em galáxias, essa mudança só se manifestaria em escalas maiores. Isso poderia estar causando a aparente aceleração cósmica, de tal forma que não existiria realmente uma energia escura.
Essa segunda hipótese rescreveria nossos arquivos sobre a teia cósmica. Talvez ao invés de uma luta contra a energia escura, a gravidade não tenha o mesmo efeito previsto quando observada ao longo de bilhões de anos-luz. Medidas dessa teia, em conjunto com outras da aceleração cósmica, são fundamentais para nos dizer se nosso universo é um campo de batalha para a energia escura e a gravidade, ou se a gravidade é simplesmente diferente do que pensávamos anteriormente. Seja qual for a conclusão (e quem sabe até uma mais estranha ainda) ela significa uma profunda revisão de nosso entendimento do funcionamento do universo.
A medida que o Dark Energy Survey coleciona mais e mais belas imagens de centenas de milhões de galáxias ao longo de seus cinco anos de duração, nossos detetives vão analisar cuidadosamente suas posições, traçando a teia cósmica, na esperança de identificar que forças estão trabalhando na escuridão.
Detetive Ross Cawthon (Universidade de Chicago)
Imagem: Det.’s Marty Murphy e Reidar Hahn
Tradução: Det. Ricardo Ogando
神秘而错综复杂的宇宙网络：暗能量寻踪
星海之下，有一个复杂的网络一直在窸窣缓慢地变动着。这一网络由暗黑，近乎不可感知，却又作用于整个宇宙的势力构建。星系成堆成簇，在团簇之间，又穿插了空旷贫瘠的空间。虽然每一个包含了上亿星星的星系都有自己独特的出生和演化故事，我们可不会因此一叶障目。作为一个整体，星系网络上的团簇和空洞可以帮助我们研究决定了宇宙地貌的暗黑势力。
斯隆数字巡天绘制的一直延伸到到20亿光年处的星系分布图。红色和绿色的点显示的是星系的位置，红色的点表示星系的密度较高。本图中完全为黑色的扇形是斯隆巡天没有观测的区域。 (另见SDSS fly-through.)
暗能量相机拍摄的照片(上图)里有无数天体，其中也包括了一些或蓝或红或黄的模糊斑迹，这些斑迹很多都是极为遥远的星系。这些星系也许看起来像是在宇宙中随机分布的。但是，通过在极大尺度上对它们进行定位，天文学家们发现星系的分布有一定的结构，虽然这些结构延伸的空间和时间要比上图中看到的大的大的多。右边由斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey）制作的插图中展示的是几百万个星系的分布图。这些星系有时候聚集成团或延伸成线（有比较多的星系），有时候又规避出一个个的空洞（没有或只有很少的星系）。要知道，这些点线状的结构可以延伸几十亿光年——是地球到太阳距离的60万亿倍！
像所有优秀的侦探员一样，我们暗能量侦探是不会放弃对这种有组织有计划的事情追根溯源的。那么问题来了，这些相距几十光年的星系又是怎样形成我们今天所看到的巨大网络的呢？这一鬼斧神工的操盘手其实是我们熟悉的朋友（也可以说是敌人）—— 在地球上就可以感受得到的万有引力。
通过计算机模拟，天文学家们已经研究了引力如何在大距离上运作于星系之间。“千禧模拟”（Millennium Simulation） 和一些类似的模拟项目显示，随机分布的物质在引力的作用下会自然而然地形成团，线，和孔洞状结构。统计比较模拟结果和采集的数据（对许多星系的观测），我们发现两者结构的分布是一样的：引力的确影响了整个可见的宇宙，并促成了这些宏伟壮观的丝网状结构，这一网络又被称作“宇宙网络”（cosmic web）。
千禧模拟：较亮的区域物质和星系更为集中。 (另见 fly-through video).
那么问题又来了，这些东西和暗能量巡天项目（Dark Energy Survey）的侦探们有什么关系呢？其实，引力在搭建宇宙网络这件事情上有一个死敌，就是“暗能量”——那股导致宇宙加速膨胀的势力。宇宙加速膨胀的越快，星系们就需要移动更大的距离以形成团线结构。暗能量越多，引力牵引星系需要的时间就越长，宇宙网络的形成就越慢。若是没有暗能量，宇宙网络的形成便会很快。通过研究宇宙网络形成的快慢，我们可以探知暗能量的强弱以及它的强度是否随时间变化。
引力和暗能量的对立状况会反映到宇宙网络的演化史上，这是我们可以研究暗能量的关键。事实上，宇宙网络对确定暗能量是否存在也起到至关重要的作用。
大多数的天文学家都承认：宇宙加速膨胀的证据无可置疑。出于很多原因，加速的最可行释源是一种新的但不可见的力量，也即“暗”能量。第二可行的理论解释是引力定律有异常（尤其是爱因斯坦广义相对论）。既然物理和天文学家们已经无数次在地球上，太阳系甚至星系之间证实了爱因斯坦的理论，引力定律的异常只能表现在更大的尺度上。这一异常也可以导致宇宙表面上的加速膨胀，暗能量理论也就不需要了。
第二个假设如果成立，我们得重写上述关于宇宙网络的文案。也许引力没有暗能量这个敌人，它只是在几十亿光年的尺度上不如我们预料的那样有效。要想知道引力是不是在和暗能量打架，亦或是引力是否有异常，观测宇宙网络的性质并与其他测量宇宙加速膨胀的方法相结合, 是回答这一问题的关键。这一研究的任何结果（甚至可能有稀奇古怪的结果）都意味着我们对宇宙的认识有了重大进步！
五年间，暗能量巡天会拍摄几亿星系的美丽图片。我们的暗能量侦探们正在对这些星系谨慎定位，进而描绘我们的宇宙网络，以借此探究运作于整个网络背后的神秘力量。
作者：暗能量侦探 罗斯· 克罗森 , 芝加哥大学(Ross Crawthon, University of Chicago）
图片编辑: 暗能量侦探 马蒂· 墨菲 (Marty Murphy), 瑞达· 哈恩 (Hahn)
翻译：暗能量侦探 张Y（Y. Zhang)
翻译编辑：暗能量侦探 李T (T. Li)
Nuestra oscura y enmarañada telaraña: pistas sobre la energía oscura
Un intrincado y sutil patrón que cambia lentamente, acecha bajo un mar de luz. Se construye a partir de fuerzas cósmicas en la sombra, casi invisibles. Entre agrupaciones y marañas de galaxias yacen inmensos vacíos. Y mientras que cada galaxia, con sus miles de millones de estrellas, tiene una historia y evolución únicas desde su nacimiento, no perdemos de vista el bosque por culpa de los árboles. En su conjunto, el patrón de cúmulos y vacíos en nuestros mapas de galaxias puede informarnos acerca de las fuerzas oscuras que dan forma a nuestro universo.
Mapeado de las galaxias con el Sloan Digital Sky Survey hasta dos mil millones de años de distancia. Los puntos rojos y verdes indican las posiciones de las galaxias, siendo los rojos los que indican una mayor densidad de galaxias. Los sectores negros en los laterales son regiones del cielo inaccesibles por el proyecto.
Observando la imagen de la Cámara de Energía Oscura (arriba), vemos multitud de objetos celestes, incluyendo varias manchas azules, rojas y amarillas, muchas de las cuales son galaxias distantes. Podría parecernos que estas galaxias están distribuidas aleatoriamente por el cosmos. Sin embargo, los astrónomos que mapean sus posiciones a lo largo de grandes distancias, han averiguado que se hallan organizadas en estructuras de escala cósmica que abarcan inmensas regiones del espacio y el tiempo, mucho más amplias de lo que puede capturar esta imagen. En la figura de la derecha, del proyecto Sloan Digital Sky Survey, muestra este mapa para millones de galaxias. Éstas se acumulan en “grumos” y “filamentos” (zonas con muchas galaxias), dejando grandes vacíos entre ellos (con pocas o ninguna galaxia). Algunas de estas estructuras filamentarias se extienden a lo largo de miles de millones de años-luz, es decir, ¡60 billones de veces la distancia de la Tierra a la Luna!
Como buenos detectives, no podemos ignorar un patrón como éste. ¿Cómo pueden las galaxias, separadas por distancias hasta miles de millones de años-luz, coalescer finalmente en estas grandes estructuras cósmicas que vemos hoy en día? La “mente” detrás de esta operación cósmica es un viejo amigo (y enemigo) nuestro aquín en la Tierra: la fuerza de la gravedad.
Usando simulaciones por ordenador, los astrónomos investigan cómo funciona la gravedad entre tantas galaxias y a distancias tan enormes. La simulación Millenium y otras como ella, muestran que una distribución aleatoria de materia se acumula de manera natural en filamentos y vacíos a través de la fuerza de la gravedad. Cuando comparamos estadísticamente los resultados de las simulaciones con nuestros datos (observaciones de muchas galaxias), los patrones son los mismos: la influencia de la gravedad a través del universo visible ha creado esta descomunal estructura filamentaria, que ha sido denominada la “telaraña cósmica”.
La simulación Millenium: las áreas más brillantes se corresponden a aquellas en las que existe una mayor concentración de materia y galaxias (puedes ver más sobre esta simulación en este vídeo).
¿Qué significa ésto para los detectives que trabajan en el Dark Energy Survey? Resulta que la gravedad tiene un némesis contra el que lucha en su objetivo de crear esta ordenada telaraña: la energía oscura, la fuerza invisible causante de la expansión acelerada del espacio en nuestro universo. Cuanto más rápido crece el espacio con esta aceleración, mayores son las distancias que deben viajar estas galaxias para formar filamentos y cúmulos. Si hay más energía oscura, la gravedad necesita más tiempo para atraer a las galaxias entre sí, y la telaraña se forma más lentamente. Si no hubiera energía oscura, la telaraña se construiría con mayor rapidez. Estudiando a qué velocidad se ha generado esta telaraña aprendemos cómo ha evolucionado la intensidad de la energía oscura, y cómo lo hará en el futuro.
La evolución de la estructura de la telaraña cósmica es clave para entender la batalla entre la gravedad y la energía oscura y estudiar esta última. Sirve además para contestar una pregunta muy concreta: ¿existe siquiera la energía oscura?
La mayor parte de los astrónomos está de acuerdo en que hay una evidencia aplastante para la existencia de la aceleración cósmica. Por varias razones, la hipótesis más plausible para explicar la misma parece ser una nueva fuerza o una nueva e invisible energía “oscura”. La alternativa más sólida es las posibilidad de que haya que cambiar las leyes que hemos establecido para la gravedad (concretamente, la teoría de la relatividad general de Einstein). Debido a que físicos y astrónomos han probado estas leyes en numerosas ocasiones tanto en la Tierra como en el Sistema Solar y en el interior de las galaxias, este cambio sólo podría manifestarse como un efecto a escalas mucho más grandes. Un cambio en estas leyes podría estar causando la impresión de que existe una aceleración cósmica si aplicamos la formulación incorrecta, de tal modo que no existiría la energía oscura.
Esta segunda hipótesis re-escribiría nuestro caso sobre la telaraña cósmica. Quizás en vez de estar luchando contra una fuerza desconocida (la energía oscura), lo que ocurre es que simplemente la gravedad no se propaga de la manera que esperábamos, a grandes distancias. Las medidas de la telaraña cósmica, junto con otras medidas de la aceleración cósmica, serán claves para desentrañar si estamos ante un campo de batalla entre la gravedad y la energía oscura, o si simplemente la gravedad funciona de manera diferente a lo que imaginábamos. Cualquiera de estas conclusiones (¡o quizás alguna incluso más extraña!) supondrá una revisión fundamental de nuestras nociones sobre cómo funciona el universo.
A medida que el Dark Energy Survey acumula más y más imágenes hermosas de cientos de millones de galaxias durante los próximos cinco años, nuestros detectives seguirán registrando cuidadosamente sus posiciones, mapeando la telaraña, esperando identificar qué fuerzas están actuando en la oscuridad.
Detective Ross Cawthon
Imagen: Detectives Marty Murphy y Reidar Hahn
Traducción: Nacho Sevilla
Our dark, tangled web: Clues of dark energy
Lurking beneath a sea of light, an intricate pattern rustles and changes ever so slowly. It is built from dark, and nearly invisible, cosmic forces. Amidst the clumps and knots of galaxies lay empty, usually fallow spaces. While each galaxy, with its billions of stars, has a unique story of birth and evolution, we don’t miss the forest for the trees. Taken as a whole, the pattern of clusters and voids in our galaxy maps can tell us about the dark forces that shape our universe.
Mapping of galaxies by the Sloan Digital Sky Survey out to 2 billion light-years away. Red and green points indicate positions of galaxies, with red points having a larger density of galaxies. The fully black areas on the sides are parts of the sky inaccessible to the survey. (See also the SDSS fly-through.)
Looking at the image from the Dark Energy Camera (above), we can see a plethora of celestial objects, including many blue, red and yellow smudges, many of which are distant galaxies. It may appear that these galaxies are randomly strewn about the cosmos. However, astronomers charting the locations of these galaxies across large distances have found that galaxies are organized into structures, into cosmic patterns that can span swaths of space and time much larger than what is seen in this image. The figure on the right, from the Sloan Digital Sky Survey, shows a map of millions of galaxies. These galaxies appear to cluster into knots and filaments (areas with many galaxies), and leave behind voids (areas with few or no galaxies). Some filamentary structures stretch across a billion light-years – 60 trillion times the distance from the Earth to the Sun!
Like any good detective, we cannot ignore a pattern. How do galaxies, separated by up to billions of light-years, eventually coalesce into the great cosmic structures we see today? It turns out the ‘mastermind’ of this cosmic operation is a familiar friend (and foe) to us on Earth: the force of gravity.
Using computer simulations, astronomers have investigated how gravity acts among so many galaxies over such very large distances. The Millennium Simulation, and others like it, show that a mostly random distribution of matter will naturally cluster into filaments and voids through the force of gravity. When we statistically compare the simulation results to our data (observations of many galaxies), the patterns are the same: gravity’s influence throughout the visible universe has fostered this grand filamentary structure, which has been dubbed, “The Cosmic Web.”
The Millennium Simulation: brighter areas are where more matter and galaxies have concentrated. (See more of this simulation in this fly-through video).
What does this mean for the detectives working on the Dark Energy Survey? It turns out that gravity has a nemesis in its goal for creating web-like order across the universe: dark energy, the invisible force causing the accelerated expansion of space throughout the universe. The faster space grows and accelerates, the greater the distances galaxies must travel to form filaments and clusters. If there is more dark energy, gravity needs more time to pull galaxies together, and web-like structure develops slowly. If there is no dark energy, the web gets built quickly. By studying how quickly or slowly the cosmic web was built across time, we learn how strong dark energy has been and if it is growing stronger or weaker.
The battle between gravity and dark energy, manifested in the evolving structure of the cosmic web, is a key way to study dark energy. In fact, the cosmic web is particularly important for answering one specific question: is there even dark energy at all?!
Most astronomers agree that there is overwhelming evidence for the accelerated expansion of the universe. For many reasons, the most plausible source of this acceleration is some new force or otherwise unseen, “dark” energy. The leading alternative theory though is a change in the laws of gravity (specifically, in Einstein’s laws of general relativity). Since physicists and astronomers have tested Einstein’s laws numerous times on Earth, the Solar System, and within galaxies, the change would only manifest itself at much larger distance scales. It could be causing the appearance of cosmic acceleration, such that there might be no dark energy.
This second hypothesis would re-write our case file on the cosmic web. Perhaps instead of fighting against dark energy, gravity is just not carrying quite the influence across billions of light years that we’ve predicted. Measurements of the cosmic web, in conjunction with other measures of cosmic acceleration, will be key in telling us whether our universe is a battleground for dark energy and gravity, or if gravity is just different than previously thought. Either conclusion (or perhaps an even stranger one!) would signify a fundamental revision in how we think about the workings of our universe.
As the Dark Energy Survey collects more beautiful images of hundreds of millions of galaxies over a five-year span, our detectives will be carefully logging their positions, charting out the cosmic web, hoping to identify what forces are at work in the dark.
Detective Ross Cawthon (University of Chicago)
Image: Det.’s Marty Murphy and Reidar Hahn
Nosso emaranhado escuro: onde está Wally?
As estruturas cósmicas tecidas durante a batalha entre gravidade e energia escura se apresentam como um desafio multifacetado para cientistas, enquanto tentamos separar cada galáxia da cacofonia luminosa de filamentos e aglomerados de galáxias que se distribuem ao longo de grandes trechos do espaço e tempo.
É incrível admirar as belas imagens feitas pela Camera da Energia Escura (DECam) no telescópio Blanco. A imagem acima mostra um aglomerado de galáxias superposto a um pano de fundo formado por galáxias ainda mais distantes. Para investigar os mistérios da expansão acelerada do universo, cientistas do Dark Energy Survey (DES) precisam ir além – é necessário desenvolver um censo completo do conteúdo do universo: quantas estrelas e galáxias existem num dado pedaço de tecido do espaço-tempo.
Um passo crítico é a criação de uma lista exata e detalhada de objetos celestes observados: o que astrofísicos e astrônomos chamam de “catálogos”. Os tipos de informação mais comuns nesses catálogos são posição e brilho: esse é o conteúdo mínimo de informação necessário para determinarmos onde a galáxia reside e o quanto ela brilha.
Com os dedicados cientistas do time de gerenciamento de dados e computadores poderosos no Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação (NCSdA), o DES desenvolveu novos algoritmos e processos para extrair objetos de nossas imagens de forma eficiente.
Entretanto, existe um limite para o que podemos fazer. Por exemplo, um objeto muito distante pode ser pequeno e brilhar fracamente – tão fracamente que se confunde com o próprio céu e é perdido durante o processo de criação do catálogo. Em alguns casos, não é nem mesmo possível discernir um objeto fraco do céu ruidoso. Além disso, nem todo objeto astronômico é “passível” de ser catalogado: pois pode estar mesclado a um outro objeto. Por exemplo, próximo ao centro da imagem acima existe uma galáxia grande e brilhante com vário vizinhos menores que ela. Discernir todos os objetos nessa imagem tem uma dificuldade similar a de se encontrar uma mosca na foto de um elefante.
Ademais, esses objetos não se escondem apenas dos olhos, mas também dos computadores e seus algoritmos quando o céu está cheio deles: descobrir e medir as propriedades de um pequeno objeto se torna tão difícil quanto encontrar o Wally numa praia lotada!
DES produz imagens mais detalhadas que projetos anteriores, como o Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Dessa forma, somos mais incomodados por esse problema de fontes “mescladas”. Nos deparamos com uma rede mais emaranhada. Para solucionar esse caso, um grupo de cientistas do DES empregou um algoritmo de restauração de imagens, derivado de um trabalho feito por cientistas da área de visão computacional. Esse algoritmo elimina com êxito o impacto de vizinhos próximos quando se cataloga esses objetos “escondidos”. Ao aplicar em imagens do DES, eles foram capazes de encontrar muitos “Wallys” e adicioná-los aos catálogos do DES.
Para uma descrição mais detalhada do método, você pode achar uma prévia do artigo aqui: http://arxiv.org/abs/1409.2885.
Det.’s Yuanyuan Zhang e B. Nord
Imagem: Det.’s Marty Murphy e Reidar Hahn
Tradução: Det. Ricardo Ogando
Nuestra oscura y enmarañada telaraña: ¿Dónde está Wally?
Las estructuras cósmicas entrelazadas entre sí durante el tira y afloja entre la gravedad y la energía oscura representan un reto de múltiples caras para los científicos, ya que tratamos de desenredar cada galaxia individualmente de la cacofonía luminosa de filamentos y cúmulos, a través de enormes extensiones en el espacio y el tiempo.
Nos encanta admirar las imágenes tomadas por la Cámara de la Energía Oscura (DECam) en el telescopio Blanco. La que incluimos en esta entrada muestra un cúmulo de galaxias sobre un fondo de otras galaxias aún más lejanas. Para investigar los misterios de la expansión acelerada, los científicos del Dark Energy Survey (DES), deben ir un poco más allá de la simple observación casual. Necesitamos desarrollar un censo exhaustivo del contenido de materia a lo largo y ancho del universo: ¿cuántas estrellas y galaxias hay en una muestra dada del espacio-tiempo?
Un paso crucial en este proceso es la creación de una lista detallada y fiable de los objetos celestes observados denominados “catálogos” por astrofísicos y astrónomos. Las piezas de información más básicas son la posición y el brillo: ésta es la información mínima necesaria para saber dónde reside una galaxia dada de dicho catálogo en el espacio-tiempo .
Gracias a los científicos que trabajan duramente en el equipo de gestión de datos del proyecto y a los potentes ordenadores del Centro Nacional para Aplicaciones de Supercomputación estadounidense (NCSA), DES ha desarrollado nuevos algoritmos y datoductos para extraer eficazmente los objetos a partir de nuestras imágenes.
Comenzamos con imágenes en bruto directamente desde DECam, que luego refinamos para eliminar artefactos, como trazas de satélites, rayos cósmicos y píxeles defectuosos. A partir de estas imágenes procesadas o “reducidas”, buscamos y caracterizamos objetos individuales, como galaxias y estrellas, separando el grano de la paja.
Sin embargo, hay un límite a lo que podemos llegar a hacer. Por ejemplo, un objeto muy lejano puede aparecer extremadamente pequeño y débil – tan débil que se confundirá con el resto de la señal proveniente cielo y no será detectado durante el proceso de catalogación. En algunos casos, no es posible diferenciar entre un objeto débil y una sección particularmente ruidosa del cielo. Además, no todos los objetos astronómicos están “dispuestos” a ser catalogados así por así: pueden estar ocultos como parte de otro objeto. Por ejemplo, cerca del centro de la imagen de hoy, hay una galaxia grande y brillante con varios vecinos más pequeños. Discernir todos los objetos en este caso es similar a la dificultad que uno podría tener en fijarse en una pulga en una foto de un elefante.
Los objetos también tienden a “esconderse” de los algoritmos que los buscan cuando un pedazo del cielo está repleto de ellos. ¡Detectar un objeto pequeño se hace tan difícil como encontrar a Wally en una playa atestada!
DES toma imágenes más detalladas que las de proyectos anteriores como el Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Por lo tanto, estamos más afectados por este problema. Vemos una telaraña más enredada. Como solución, un grupo de científicos de DES ha empleado un algoritmo de restauración de imágenes, derivado del trabajo de especialistas en visión computerizada. Este algoritmo elimina con éxito el impacto de vecinos cercanos al catalogar los objetos escondidos. Tras la aplicación a imágenes de DES, han sido capaces de encontrar muchos “Wallys”, que podemos añadir a los catálogos.
Para una descripción más detallada del método, podéis encontrar un borrador del artículo en: http://arxiv.org/abs/1409.2885 (en inglés).
Detectives YuanYuan Zhang y B.Nord
Imagen: Detectives Marty Murphy y Reidar Hahn.
Traducción: Nacho Sevilla
Our dark, tangled web: Where’s Waldo?
Cosmic structures woven together during the tug of war between gravity and dark energy present a multi-faceted challenge for scientists, as we seek to untangle each galaxy from the luminous cacophony of filaments and clusters across large swaths of space and time.
We love staring at the beautiful images taken by the Dark Energy Camera (DECam) at the Blanco telescope. The image above shows a cluster of galaxies laid on a backdrop of even more distant galaxies. To investigate the mysteries of the accelerating expansion, Dark Energy Survey (DES) scientists need to do a bit more – we need to develop a comprehensive census of the content across the universe: how many stars and galaxies are there in a given swatch of space-time fabric?
A critical step comes in creating a high-fidelity and detailed list of the observed celestial objects: these are called “catalogs” by astrophysicists and astronomers. The most common pieces of information are the position and brightness: this is the minimum information necessary to know where a galaxy resides in spacetime.
With our hard-working scientists in the data management team and the powerful computers at National Center for Supercomputing Applications (NCSA), DES has developed new algorithms and pipelines for efficiently sifting the objects out of our images. We start with raw images straight from DECam, and then we refine them to remove artifacts, like satellite trails, cosmic rays and faulty pixels. From these “reduced” images, we must then find and characterize discrete objects, like galaxies and stars – cut the wheat from the chaff.
However, there is a limit to what we can do. For example, a very far-away object may appear extremely small and faint – so faint that it will look like a piece of the sky and get missed during the cataloging procedure. In some cases, it is not possible to tell the difference between a faint object and a noisy patch of sky. In addition, not every astronomical object is “willing” to be cataloged: it can be disguised as a part of another object. For example, near the center of today’s image, there is a very large, bright galaxy with many smaller neighbors. Discerning all the objects here is similar to the difficulty one might have in noticing a flea in a picture of an elephant.
Objects also tend to hide from the computers when a piece of the sky is full of them: spotting a small object becomes as difficult as finding Waldo (Wally) on a crowded beach!
DES takes more detailed images than previous projects, like the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Thus, we are more pestered by the “hiding” objects problem. We see a more tangled web. As one solution, a group of DES scientists have employed an image restoration algorithm, derived from work by computer vision scientists. This algorithm successfully eliminates the impact of close neighbors when cataloging the “hiding” objects. Upon application to DES images, they have been able to find many “Waldos,” so we can add them to DES catalogs.
For more detailed description of the method, you can find a preprint of the paper here: http://arxiv.org/abs/1409.2885.
Det.’s Yuanyuan Zhang and B. Nord
Image: Det.’s Marty Murphy and Reidar Hahn
A traves del mundo, observando toda la noche
Durante la pasada semana, los detectives del Dark Energy Survey (DES) provenientes de cuatro continentes se han reunido para sacar a la luz más pruebas de cómo el tejido del espacio-tiempo se está estirando y evolucionando.
Más de 100 detectives se reunieron en Sussex, Inglaterra, para discutir el estado actual y el futuro del proyecto que se lleva a cabo en el telescopio Blanco, ubicado en Cerro Tololo en Chile. En esta reunión semestral de la colaboración (que se celebra en una sede distinta cada vez), trabajamos en la creación de estrategias de análisis para los diversos métodos de estudio de la evolución del espacio-tiempo y la energía oscura. Mientras escribo estas líneas, los primeros resultados se están preparando para su publicación.
Mientras, en Cerro Tololo, un equipo de observadores opera la Cámara de Energía Oscura (DECam) en el telescopio Blanco, a medida que progresamos en la segunda temporada de observación del muestreo. Cada una de estas temporadas va de agosto a febrero, coincidiendo con el verano chileno.
El Telescopio Anglo-Australiano en el Observatorio de Siding Spring en Australia es la sede de OzDES: un proyecto a largo plazo para la obtención de medidas de distancia muy precisas de los objetos descubiertos por DES, tales como cúmulos de galaxias y supernovas. Estas medidas “de seguimiento” constituyen pruebas muy importantes para dilucidar la naturaleza de la energía oscura .
Y en Cerro Pachón, justo al este de Cerro Tololo, otro equipo compuesto por dos agentes comenzó a buscar evidencias de zonas del espacio con una gran curvatura en el cosmos distante, utilizando el Telescopio Gemini Sur (@GeminiObs). Pasamos seis noches trabajando en la medida de distancias muy precisas a sistemas con las llamadas “lentes gravitacionales fuertes”. Estos sistemas están constituidos por galaxias y grupos de galaxias que son lo suficientemente masivos como para distorsionar significativamente el tejido del espacio-tiempo. Espacio y tiempo se deforman tanto, que los rayos de luz que proviene de los objetos celestes – como galaxias y cuásares – que se encuentran detrás de estas galaxias masivas, se curvan significativamente a su paso por estos sistemas. Las imágenes resultantes en DECam se estiran o incluso multiplican – al igual que en una lente óptica. En futuros informes ampliaremos los detalles sobre este fenómeno.
Al mismo tiempo, las supercomputadoras del Centro Nacional para Aplicaciones de Supercomputación estadounidense (NCSA) procesan los datos de DECam cada noche, convirtiendo las imágenes en bruto en datos “refinados” – listos para ser analizados por los equipos científicos .
La imagen de arriba no muestra ninguna lente gravitacional fuerte obvia, pero constituye un ejemplo de la calidad de la “evidencia” que genera DES para sus detectives todas las noches.
Abajo os incluimos las posiciones de algunas de las galaxias que véis arriba. ¿Qué información podéis encontrar acerca de ellas? Existen varias herramientas electrónicas “forenses” que os pueden ayudar en vuestra investigación (por ejemplo, http://ned.ipac.caltech.edu/forms/nearposn.html , tened cuidado de introducir las coordenadas en el formato correcto, como se muestra más abajo). Podéis tuitear vuestros hallazgos en @darkenergdetec, y así comparar nuestras notas.
RA: 304.3226d, Dec: -52.7966d
RA: 304.2665d, Dec: -52.6728d
RA: 304.0723d, Dec: -52.7044d
Buenas noches, y no dejéis de mirar al cielo.
Det B. Nord
Imagen: Det M. Murphy
Traducción: Nacho Sevilla Noarbe
Virando a noite mundo afora
Semana passada, detetives do DES fizeram ações coordenadas em vários continentes para reunir evidências de como o tecido do espaço-tempo está se expandindo.
Em Sussex, Inglaterra, cerca de 100 detetives se encontraram para discutir o estado atual e futuro do levantamento sendo conduzido no telescópio Blanco, localizado em Cerro Tololo, Chile. Nesse encontro semestral da colaboração (sempre em um lugar diferente), continuamos a planejar novas estratégias para “enquadrar” a evolução do espaço-tempo e energia escura: na verdade, enquanto escrevo essas linhas, vários resultados preliminares estão se preparando para vir a público.
Enquanto isso em Cerro Tololo, um time de observadores operava a Câmera da Energia Escura (DECam) no telescópio Blanco, caminhando em direção ao fim da segunda temporada de observações do levantamento. Cada temporada vai de Agosto a Fevereiro, aproveitando o verão Chileno.
No Telescópio Anglo-Australiano no Observatório Siding Spring na Australia, temos o lar do Levantamento OzDES – um projeto para obter medidas de distâncias altamente precisas de objetos descobertos pelo DES, tais como supernovas e aglomerados de galáxias. Essas “diligências” fora do DES são importantes para ajudar a montar o perfil da energia escura.
Já em Cerro Pachon, ao lado de Cerro Tololo, dois agentes começaram a procurar por evidências de desvios no espaço-tempo, usando o Telescópio Gemini Sul (@GeminiObs). Foram seis noites de trabalho para medir com grande acurácia a distância de sistemas de lentes gravitacionais fortes. Esses sistemas são galáxias ou grupos de galáxias que tem massa o suficiente para distorcer o tecido do espaço-tempo. A distorção é tão grande que raios de luz provenientes de galáxias e quasares que estão atrás desses sistemas se curvam. O resultado em imagens da DECam é a aparição de múltiplas fontes ou fontes distorcidas, tal qual em uma lente óptica. Nos próximos relatórios apresentaremos mais detalhes sobre essas evidências.
Nesse meio tempo, supercomputadores do Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação (NCSA) estão processando na calada da noite (e do dia) os dados da DECam, transformando imagens em dados refinados – prontos para a análise dos times científicos.
A imagem acima não mostra nenhuma forte evidência de lentes fortes, mas é um exemplo do exemplar conjunto de evidências que o DES continua a acumular a cada noite.
Eis as posições de algumas das galáxias acima. Que informações você pode levantar sobre elas? Existem várias ferramentas na internet que podem te auxiliar nessa investigação (por exemplo, http://ned.ipac.caltech.edu/forms/nearposn.html; tome cuidado com o formato das posições ao entrar, use como abaixo). Tuíte seus achados para nossos agentes em @darkenergdetec, e podemos comparar nossas anotações.
RA: 304.3226d, Dec: -52.7966d
RA: 304.2665d, Dec: -52.6728d
RA: 304.0723d, Dec: -52.7044d
Boa noite, e olho vivo,
Det B. Nord
Imagen: Det M. Murphy
Tradução: Det. Ricardo Ogando
Across the world and up all night
For the last week, detectives from the Dark Energy Survey have been coordinating across four continents to bring to light more evidence of how the fabric of spacetime is stretching and evolving.
In Sussex, England, over 100 detectives met to discuss the current state and the future of the Survey that is conducted at the Blanco telescope, located at Cerro Tololo in Chile. At this semi-annual collaboration meeting (with a new venue each time), we continued to strategize analyses for the many probes of spacetime evolution and dark energy: as I write, several early results are being prepared for publication.
At Cerro Tololo, a team of observers operated the Dark Energy Camera (DECam) on the Blanco telescope, as we make our way through the second season of observing for the Survey. Each season goes August through February, during the Chilean summer.
The Anglo-Australian Telescope at Siding Spring Observatory in Australia is home to the OzDES Survey – long-term project for obtaining highly precise distance measurements of objects discovered by DES, such as supernovae and galaxy clusters. These “follow-up” measurements will be very important evidence in pinning down the culprit for dark energy.
At Cerro Pachon, just east of Cerro Tololo, another team of two agents began to search for evidence of highly warped space in the distant cosmos, using the Gemini (South) Telescope (@GeminiObs). We spent six nights working to measure highly accurate distances of strong gravitational lensing systems. These systems are galaxies or groups of galaxies that are massive enough to significantly distort the fabric of space-time. Space and time are so warped that the light rays from celestial objects – like galaxies and quasars – behind these massive galaxies become bent. The resulting images in DECam become stretched or even multiplied – just like an optical lens. In future case reports, we’ll expand on this phenomenon in more detail.
All the while, supercomputers the National Center for Supercomputing Applications (NCSA) are processing the data from DECam each night, turning raw images into refined data – ready for analysis by the science teams.
The image above doesn’t display any obvious strong lenses, but it is an example of the exquisite lines of evidence that DES continues to accumulate each night.
Here are positions of some of the galaxies above. What information can you find about them? There are several electronic forensic tools to assist your investigation (for example, http://ned.ipac.caltech.edu/forms/nearposn.html; take care to enter the positions with the correct formatting, as they are below). Tweet your findings to our agents at @darkenergdetec, and we can compare case notes.
RA: 304.3226d, Dec: -52.7966d
RA: 304.2665d, Dec: -52.6728d
RA: 304.0723d, Dec: -52.7044d
Good night, and keep looking up,
Det. B. Nord
Det. M. Murphy [image processing]
Afluentes do tempo: as folhas de outono
No clima temperado do Hemisfério Norte, quando o inverno está para começar, podemos perceber a mudança das cores das folhas. O verde brilhante do verão dá espaço aos amarelos, laranjas, e roxos. Isso ocorre porque as células das folhas tem instruções de como reagir a ambientes cada vez mais frios: essa reação reduz a produção de pigmento verde, a clorofila, permitindo que outras cores (causadas por pigmentos como carotenóides e antocianinas) passem a dominar a paisagem. Quando a primavera retorna, as folhas ressurgem cheias da clorofila produtora de oxigênio.
Ano após ano, esse ciclo de morte e renascimento afeta a vegetação ao nosso redor.
Mas e se fôssemos insetos? O que aconteceria se, como uma mosca, vivêssemos por apenas um dia ou dois? Será que teríamos a capacidade de compreender o desenho da grande peça de tapeçaria que nos envolve? Imagine-se por um dia apenas na Terra, observando as folhas de todo o globo terrestre – em diferentes ambientes e com idades e condições de saúde variadas. Com o prazo de apenas um dia para criar um cenário coerente, será que conseguiríamos juntar todas as pistas necessárias para relacionar cores, ambientes, e o funcionamento das folhas?
Esse é o desafio que enfrentamos ao tentar entender o ciclo de vida de galáxias, as folhas de nossa árvore cósmica de matéria e luz. Para esses objetos celestiais nós somos de fato insetos efêmeros, vivendo apenas por um piscar de olhos numa escala de tempo cósmico.
Na imagem acima, imagine uma miríade de redemoinhos de poeira, com suas cores passeando por todo o espectro visível do arco-íris e além. Cada um deles contendo bilhões de estrelas. Através de nossos telescópios, cameras, e espectrógrafos, somos capazes de identificar os diferentes elementos químicos que compõem essas galáxias. Através de nosso entendimento da natureza, conseguimos conectar essas observações aos processos físicos, indo do longo alcance da gravidade até a pequeneza da mecânica quântica.
As cores das galáxias, assim como as das folhas nas árvores, também são o resultado de diferentes composições químicas e idades. Galáxias azuis são jovens e contem gás o suficiente para manter abertos os berçários estelares que ilumina o cosmo com sua luz azulada. Galáxias vermelhas já fecharam seus berçários de formação estelar pois praticamente todo o gás já foi consumido não restando nada para a gravidade colapsar em bolas de fusão nuclear. Essas galáxias “vermelhas e mortas” representam o fim do ciclo de vida de galáxias.
Embora possamos espionar o interior das galáxias e revelar o seu âmago, ainda não temos nenhuma maneira de testemunhar sua formação, e menos ainda, o descortinar de sua vida. Cada estrela representa um igarapé, e cada galáxia um afluente do tempo, um rio cujo delta é um grande quebra-cabeça cósmico.
Det. B. Nord
Imagem: Dark Energy Camera [Editado e registrado por Det. M. Murphy]
Tradução: Ricardo Ogando (@thespacelink)
Tributaries of Time: Autumn Leaves
Across North America, as the transition toward winter begins, we see symptoms in the changing colors of tree leaves. The lively green hue of summer gives way to yellows, oranges, reds and purples. Living cells inside the leaves have instructions for how to react to cooler and cooler environments: this reaction reduces the production of the green pigment, chlorophyll, allowing other colors (caused by the pigments of the carotenoids and anthocyanins) to dominate. When spring returns, so do leaves, newly filled with oxygen-producing chlorophyll.
Year after year, we watch the cycle of death and rebirth in the life-giving foliage around us.
But what if we were insects? What if, like the mayfly, we lived for only a day or two? Would we have any way of understanding the immense tapestry evolving around us? Imagine for one day on Earth, looking at leaves all over the globe – in different environments and in various states of health and age. With just this one day to create a coherent picture, could we piece together the clues of color, environment and the internal workings?
This is the challenge we face in understanding the life-cycle of galaxies, the leaves on our cosmic tree of matter and light. To these celestial objects, we are indeed the mayfly, living for only a blink of an eye in cosmic time.
Consider the cornucopia of dusty swirls in the image above, their colors spanning the entire visible rainbow and beyond. Each puff of light contains billions of stars. Through our telescopes, images and spectrographs, we learn about the kinds of chemicals, of matter that reside within galaxies. Through an understanding of physics, we link this information to the possible physical processes, from gravity to quantum mechanics.
Similar to that of tree leaves, the colors of galaxies are the result of the chemical constituents, and they reflect their ages. Blue galaxies, still young, are cold enough to be forming stars, because young stars and the gas enshrouding them release bluer light to the cosmos. Red galaxies have had their star-formation extinguished: their gases are too warm for the force gravity to collapse them into energy-generating balls of fusion. These ‘red and dead’ galaxies represent the end of the galactic life-cycle.
While we have ways of peering inside galaxies to reveal some of their guts, we still have no way to watch an entire galaxy come into being, much less live out a full life. Each galaxy represents its own tributary of time, its own puzzle piece in the delta of the cosmic web.
Det. B. Nord
Image: Dark Energy Camera [Edited and logged by Det. M. Murphy]
遥远的旅者
经过一段漫长的旅程，一个躲藏已久的太阳系成员终于再次回到我们“身边”。上一次这个小小的冰雪星球出现在外太阳系的时候，时间还是公元九世纪，查理曼还当着神圣罗马帝国的皇帝，中国正处于大唐盛世。
这个遥远的旅者是暗能量巡天发现的第一批柯伊伯带（Kuiper Belt）成员中的一个，现在已被正式标注为2013 TV158. 它于2013年10月14日首次进入暗能量巡天的视野。随后的十个月内，它在牛顿引力定律为它决定的轨道上缓慢前行，并被暗能量巡天观察了几十次。我们可以在本页左边的动画中看到这颗小天体移动。组成这一动画的两张影像是在2014年8月摄制，间隔两个小时。
2013 TV158 需要1200年才能绕太阳一周。它也许不过只有几百公里宽，和美国大峡谷（Grand Canyon）的长度差不多。
再过八年，它就会到达它距太阳最近的一点——即使这样，它也不会比海王星离太阳更近，距离海王星也还有几十亿公里。在这个距离上，太阳的亮度不及在地球上的千分之一，大小和一个一角硬币差不多——而且这个硬币还被置于三十米外。2013 TV158上的正午也不过如此。
在此之后，2013 TV158就要开始长达六个世纪的远离太阳之旅。慢慢地，即使世界上最先进的望远镜也会观察不到它。在它于27世纪再次向着太阳踯躅朝圣之前，它要先旅行到距离太阳300亿千米的远日点。
2013 TV158和其他数不清的小星球一样，栖息于太阳系边缘的冰天雪地。这些小天体所在的区域被称作柯伊伯带。柯伊伯带比火星和木星之间的小行星带宽20倍，重许多倍。矮行星冥王星也是柯伊伯带的成员。右下图给出了木星，冥王星和2013 TV158的轨道对比。
科学家们认为这些柯伊伯带天体（Kuiper Belt Object，简称KBO）是太阳系形成时期的遗迹，是未能成功结合成大行星的残渣碎屑。研究
这些天体可以帮助我们了解45亿年前太阳系诞生的物理过程。
由于过于遥远和暗淡，柯伊伯带天体的发现极其困难。第一个柯伊伯带天体，冥王星，发现于1930年。足足62年之后，第二个柯伊伯带天体才被发现。时至今日，已知的柯伊伯带天体只有约1500个。相较之下，火星和木星之间的小行星带已有50多万的天体被天文学家们发现。
暗能量巡天致力于远观银河系以外的数百万个星系和超新星以研究宇宙的加速膨胀，但我们可做的不止于此。暗能量巡天在每年的八月到次年的二月之间会对十个天空区域每周进行重复观察。这些观察对于寻找柯伊伯带天体非常有利。柯伊伯带天体运动十分缓慢，大概在几周甚至几个月内，它们都会出现在暗能量巡天的同一视场内。这有利于我们寻找在不同夜晚出现于不同位置的同一天体，并最终串联起几个月的观察结果以确定它们的轨道。
暗能量巡天对于柯伊伯带天体的搜寻只进行了不到百分之一，谁知道下一个进入我们视野的惊喜又会是什么样子的呢？
作者：暗能量侦探 D · 格德斯 (D. Gerdes)
翻译：暗能量侦探 张Y （Y. Zhang）
翻译编辑：暗能量侦探 李T （T. Li）
Dark Energy Detectives 
