Новое исследование, проведенное Кхи-Ганом Ли и его командой из Института астрономии Макса Планка совместно с исследователями из лаборатории Беркли и Калифорнийского университета в Беркли, будет опубликовано в следующем выпуске Astrophysical Journal Letters.В дополнение к предоставлению новой карты части Вселенной в молодом возрасте, говорит Дэвид Шлегель из Berkeley Lab, эта работа демонстрирует новую технику для карт вселенной с высоким разрешением.
По его словам, новый метод, в котором для подсветки газообразного водорода используются далекие галактики, может быть полезен для будущих картографических проектов. Одним из таких проектов может быть предложенный прибор для спектроскопии темной энергии (DESI). DESI, управляемая лабораторией Беркли, ставит перед собой цель создать наиболее полную карту Вселенной.«DESI был разработан без возможности извлечения такой информации из самых далеких и слабых галактик, — говорит Шлегель. — Теперь, когда мы знаем, что это возможно, DESI обещает быть еще более мощным».
Первая большая трехмерная карта Вселенной была создана с использованием данных Sloan Digital Sky Survey (SDSS), который начался в 1998 году. За прошедшие годы обзор предоставил данные для создания карты близлежащей вселенной с высоким разрешением в пределах примерно 1 миллиард световых лет. Недавние обновления телескопов расширили наши возможности по нанесению на карту Вселенной примерно до 6 миллиардов световых лет, но, по словам Шлегеля, это довольно грубая карта с неполными данными в некоторых областях. Следующее поколение карт будет создано в рамках проекта DESI, который планируется начать в 2018 году в ожидании финансирования.
DESI позволит ученым визуализировать в 10 раз больший объем, чем SDSS, и простирается на расстояние около 10 миллиардов световых лет.Впечатление художника, иллюстрирующее технику томографии Лайман-альфа: когда свет от далеких фоновых галактик (желтые стрелки) движется через Вселенную к Земле, они запечатлеваются сигнатурами поглощения от водородного газа, отслеживаемого на переднем плане космической паутины. Наблюдая за несколькими фоновыми галактиками на небольшом участке неба, астрономы смогли создать трехмерную карту космической паутины, используя технику, аналогичную сканированию с помощью медицинской компьютерной томографии (КТ).
Предоставлено: Ли Кхи-Ган (MPIA) и Кейси Старк (Калифорнийский университет в Беркли).По словам Шлегеля, за пределами 10 миллиардов световых лет ожидалось, что карта станет разреженной.
Причина: астрономы планировали использовать знакомую технику, использующую яркий свет квазаров, которых, к сожалению, немного. В этом методе используется явление, называемое поглощением леса Лайман-альфа, которое основывается на том факте, что огромные облака водорода существуют между Землей и далекими квазарами и галактиками. На определенном расстоянии, измеряемом по красному смещению света, астрономы могут определить плотность водорода на основе поглощения света квазарами. Проблема в том, что это дает информацию о присутствии водорода только на луче зрения, а не в большом объеме пространства.
«Это довольно странная карта, потому что на самом деле она не трехмерна», — объясняет Шлегель. «Это все эти шампуры; у нас нет изображения того, что находится между квазарами, только то, что находится вдоль шампур».Исследователи полагают, что их новый метод, который использует слабый свет множества далеких галактик вместо того, чтобы светить редкими квазарами, может заполнить промежутки между этими шампурами.
По словам Шлегеля, до этого исследования никто не знал, могут ли галактики, удаленные от нас на расстояние более 10 миллиардов световых лет, давать достаточно света, чтобы быть полезным. Но ранее в этом году команда собрала четыре часа данных на телескопе Кек-1 во время короткого перерыва в облачном небе. «Этого времени оказалось достаточно, чтобы доказать, что мы можем это сделать», — говорит Шлегель.Конечно, свет галактик действительно был очень тусклым.
Чтобы использовать его для карты, исследователям нужно было разработать алгоритмы для вычитания света с неба, который в противном случае заглушил бы галактические сигналы. Шлегель разработал алгоритм для этого, а Кейси Старк и Мартин Уайт из Калифорнийского университета в Беркли модифицировали существующий алгоритм, называемый фильтром Винера, для создания трехмерной карты в течение одной минуты на стандартном портативном компьютере.Поскольку проект был подтверждением концепции, исследователи планируют будущее телескопа Keck-1, чтобы увеличить объем пространства, которое они наносят на карту. «Этот метод довольно эффективен, и не потребуется много времени, чтобы получить достаточно данных, чтобы охватить объемы в сотни миллионов световых лет со стороны», — говорит Кхи-Ган Ли.
Это исследование было поддержано Управлением науки Министерства энергетики США и использовалось на базе Национального вычислительного центра энергетических исследований (NERSC), расположенного в лаборатории Беркли.