A project of the Dark Energy Survey collaboration

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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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In the air tonight

 

Sometimes, you can feel it coming in the air of the night.

Weather is fickle, but when a night of observing begins, we usually know how it will go. The first part of this season was often rainy and gray. The last several weeks, however, have allowed for new records in precision the precision of DECam data.

On Nov 11 and Nov 18, 2014, the Dark Energy Survey took exquisite data of all of our supernova fields – the regions of sky selected specifically to look for exploding stars. It was clearer than anything we’d seen previously. The video above is from a night early in this season, when the weather was also extremely good (but only for a few days). It is a view, from inside the dome, of DECam and the Blanco Telescope scanning the sky over the course of one night in August, 2014.

After a few nights of clouds or rain, it usually takes another night or two for the atmospheric turbulence to die down. This turbulence deflects light as it comes through the layers of Earth’s atmosphere, effectively blurring an image. But when this turmoil is no longer there, the conditions can be pristine.

Sometimes, you can feel it coming in the air of the night. It’s the final moment for so much starlight.

We are here to see what it did, see it with DECam’s 570 million eyes. DECam’s been waiting for this moment all of its life. Now we know where you’ve been, traversing the dark night skies.

The light of distant galaxies and stars has been waiting for this moment all that time.

Now forever, we remember where the light has been, how could we forget. When our detectors capture it, it’s the first time, the last time, we’ve ever met. We know the reason you kept your silence up. When it was cloudy, how could we know. When it’s clear, the signal still grows, the universe no longer a stranger to you and me.

Sometimes, you can feel it in the air of the night.

 

 

 

Det. B. Nord

[Hat tip to Phil Collins.]


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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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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]


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Afluentes del tiempo: hojas de otoño

DES2111-0124_20140923_03_gri_20140923_000.cut.edit1.6-1000pxEn el hemisferio norte, a medida que comienza la transición hacia el invierno, vemos los síntomas de este proceso en los cambiantes colores de las hojas. El animado tono verde del verano da paso a los amarillos, naranjas, rojos y morados del otoño. Las células vivas de las hojas tienen instrucciones sobre cómo reaccionar a ambientes más frescos y fríos. Esta reacción reduce la producción del pigmento verde, la clorofila, lo que permite que otros colores (creados por los pigmentos de los carotenoides y antocianinas ) prevalezcan. Cuando regrese la primavera, también lo harán las hojas, de nuevo con abundante clorofila productora de oxígeno. Año tras año, vemos este ciclo de muerte y renacimiento en el follaje a nuestro alrededor .

Pero… ¿y si fuéramos insectos? ¿Qué pasaría si, al igual que la moscas, viviéramos durante sólo uno  o dos días? ¿Tendríamos alguna forma de entender el inmenso tapiz en evolución que nos rodea? Imagina un único día en la Tierra, observando las hojas por todo el mundo – en diferentes ambientes y en diversos estados de salud y edad. Con sólo este día para crear una imagen coherente, ¿seríamos capaces de reconstruir el funcionamiento interno de este ciclo con estas pistas?

Este es el reto al que nos enfrentamos en la comprensión del ciclo de vida de las galaxias, las hojas de nuestro árbol cósmico de materia y luz. Para estos objetos celestes, de hecho somos como las moscas, que sólo viven durante un abrir y cerrar de ojos en escalas cósmicas de tiempo.

Observa la multitud de remolinos de polvo en la imagen de arriba. Sus colores abarcan todo el arco iris visible y más allá. Cada mancha de luz contiene miles de millones de estrellas. A través de nuestros telescopios, imágenes y espectrógrafos, aprendemos sobre los tipos de productos químicos de la materia que reside dentro de las galaxias. A través de la comprensión de la gravedad y la mecánica cuántica, vinculamos esta información a los posibles procesos físicos que están teniendo lugar.

De manera análoga a las hojas del árbol, los colores de las galaxias son el resultado de sus componentes químicos y reflejan su edad. Las galaxias azules, todavía jovenes, son lo suficientemente frías para estar todavía formando estrellas, porque sus estrellas jóvenes y el gas que las envuelve liberan luz azul al cosmos. Las galaxias rojas han visto como su periodo de formación estelar se extinguía: su gas ahora es demasiado caliente para que fuerza de la gravedad pueda colapsarlas en ardientes esferas. Estas galaxias rojas y muertas representan el final del ciclo de vida galáctico .

Si bien tenemos formas de observar las entrañas de las galaxias, aún no existe la manera de observar cómo se forma una galaxia, y mucho menos ver su vida entera. Cada una representa su propio afluente del río del tiempo, su propio pedazo del rompecabezas en la delta de la red cósmica .

Det. B. Nord

Imagen: Dark Energy Camera [Edited and logged by Det. M. Murphy]

Traducción: Nacho Sevilla