A project of the Dark Energy Survey collaboration

DECam Images

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Our dark, tangled web: Clues of dark energy

DES0006-4123_20141218_00_gri_20141219_000.edit1.0_950pxLurking 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.

Sloan Digital Sky Survey: Galaxy Map

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.”

Millennium simulation: https://i2.wp.com/www.mpa-garching.mpg.de/galform/virgo/millennium/seqB_063a_half.jpg

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


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Nosso emaranhado escuro: onde está Wally?

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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


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Nuestra oscura y enmarañada telaraña: ¿Dónde está Wally?

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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

 


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Our dark, tangled web: Where’s Waldo?

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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


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A traves del mundo, observando toda la noche

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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

 


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Virando a noite mundo afora

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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


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Across the world and up all night

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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]