DESI는 우주의 가장 큰 3D 지도를 만듭니다.

DESI의 우주 3D 컴퓨터 단층 촬영. 지구는 왼쪽 아래에 있으며, 처녀자리 방향으로 50억 광년 이상 떨어져 있습니다. 영상이 진행되면서 시선은 Bootes 별자리로 이동합니다. 각 색 점은 수천억 개의 별으로 구성된 은하를 나타냅니다. 중력은 은하들을 조밀한 성단, 필라멘트 및 공극의 “우주 그물”로 끌어들였습니다. 출처: DESI의 데이터를 사용하는 D. Schlegel/Berkeley Lab

암흑 에너지 분광기데시)은 3D 은하 측량의 모든 이전 기록을 깨고 지금까지 만들어진 우주에 대한 가장 크고 상세한 지도를 만들어 조사의 첫 7개월을 마감했습니다. 그러나 5년 동안의 임무 중 10%에 불과합니다. 완성되면 이 방대한 3D 지도는 암흑 에너지에 대한 더 나은 이해를 제공하여 물리학자와 천문학자들에게 우주의 과거와 미래에 대한 더 나은 이해를 제공할 것입니다. 한편, 지금까지의 조사의 놀라운 기술적 성과와 우주적 성과는 과학자들이 우주에서 가장 강력한 광원의 비밀을 밝히는 데 도움이 되고 있습니다.

DESI는 에너지부의 로렌스 버클리 국립 연구소(버클리 연구소)가 관리하는 국제 과학 협력 기관으로 에너지부 과학국의 건설 및 운영을 위한 초기 자금 지원을 받고 있습니다.

DESI 과학자들은 이번 주 버클리 연구소에서 주최한 CosmoPalooza라는 웨비나에서 기기의 성능과 일부 초기 천체 물리학 결과를 발표하고 있으며, 다른 선구적인 우주 실험의 업데이트도 선보일 예정입니다.

연사 중 한 명인 버클리 연구소의 과학자인 Julian Gay는 “그 안에는 많은 아름다움이 있습니다.”라고 말했습니다. “3D 지도에서 은하의 분포에는 거대한 성단, 필라멘트 및 공극이 있습니다. 그것들은 우주에서 가장 큰 구조입니다. 그러나 그 안에서 당신은 아주 초기 우주의 흔적과 그 팽창의 역사를 발견합니다. 그때부터.”

DESI는 이 지점에 이르기까지 먼 길을 왔습니다. 원래 제안된 지 10년이 넘었으며 2015년에 장치 건설이 시작되었습니다. 이 장치는 애리조나 주 투손 근처 Kate Summit 천문대의 4미터 Nicholas U Maywell 망원경에 설치되어 있습니다. Kitt Peak National Observatory는 NSF(National Science Foundation) NOIRLab의 프로그램으로, 에너지부가 DESI 조사를 위해 Mayall 망원경을 운영하기로 계약했습니다. 이 장비는 2019년 말에 처음으로 빛을 발했습니다. 그런 다음 검증 단계에서 코로나바이러스 전염병이 발생했고 일부 원격 작업은 계속되었지만 망원경은 몇 달 동안 작동을 멈췄습니다. 2020년 12월 DESI는 다시 하늘로 시선을 돌렸고 하드웨어와 소프트웨어를 테스트했으며 2021년 5월까지 과학 조사를 시작할 준비가 되었습니다.

3D SDSS 지도

완료된 Sloan Digital Sky Survey에서 은하의 3D 지도를 통해 슬라이드하십시오.

DESI 3D 지도

암흑 에너지 분광법(DESI, 오른쪽)의 처음 몇 달 동안의 3D 은하 지도를 가로지르는 조각. 지구는 중심에 있으며 가장 멀리 떨어져 있는 은하는 100억 광년 이상 떨어져 있습니다. 각 점은 하나의 은하를 나타냅니다. 3D DESI 지도의 이 2D 슬라이스는 현재 스캔된 750만 은하 중 약 800,000만 보여주며, 그 자체로 최종 지도에 포함될 3500만 은하의 일부에 불과합니다. 출처: DESI의 데이터를 사용하는 D. Schlegel/Berkeley Lab

그러나 설문조사가 시작된 후 DESI 자체에 대한 작업은 완료되지 않았습니다. CosmoPalooza DESI 세션에서 첫 번째 논문을 발표할 이 프로젝트에 참여하는 기계 과학자인 Ohio State University 물리학자인 Klaus Hünscheid는 “이 도구를 작동시키기 위한 작업이 진행 중입니다.”라고 말했습니다. Honscheid와 그의 팀은 야간 모니터링 중에 간섭 없이 이상적으로는 도구가 원활하고 자동으로 실행되도록 합니다. 그는 “야간 감시자들로부터 받는 피드백은 교대 근무가 지루하다는 것이며 이를 칭찬으로 받아들인다”고 말했다.

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그러나 이 단조로운 처리량을 위해서는 DESI 기기에 광섬유를 배치하는 5,000개의 정교한 로봇 각각을 매우 세밀하게 제어하여 위치가 10미크론 이내로 정확하도록 해야 합니다. “10 마이크론은 매우 작습니다.”라고 Honshed는 말했습니다. “사람 머리카락 굵기보다 얇습니다. 그리고 수십억 광년 떨어진 은하에서 빛을 수집하려면 각 로봇을 넣어야 합니다. 이 시스템을 생각할 때마다 어떻게 달성할 수 있는지 궁금합니다. 도구로서의 DESI의 성공은 자랑스러워 할 만한 것입니다.”

암흑 에너지의 진정한 색깔을 보고

이 수준의 건강 전체 하늘의 3분의 1 이상에 걸쳐 수백만 개의 은하에 대한 상세한 색상 스펙트럼 이미지를 수집하는 조사의 주요 임무를 수행하는 데 필요합니다. 각 은하의 빛을 색 스펙트럼으로 분해함으로써 DESI는 빛의 적색편이를 정량화할 수 있습니다. 빛의 적색편이는 지구에 도달하기 전 수십억 년 동안 우주가 팽창하면서 스펙트럼의 적색편으로 확장되었습니다. DESI가 하늘의 깊이를 볼 수 있도록 하는 것은 이러한 적색편이입니다.

일반적으로 은하 스펙트럼의 적색편이가 클수록 더 멀리 떨어져 있습니다. 손에 우주의 3D 지도가 있으면 물리학자들은 은하단과 초은하단을 지도로 만들 수 있습니다. 이러한 구조는 초기 형성의 메아리를 지니고 있습니다. 이러한 반향을 유발함으로써 물리학자들은 DESI 데이터를 사용하여 우주의 팽창 역사를 결정할 수 있습니다.

DESI와 함께 새로운 퀘이사 발견

DESI로 발견된 새로운 퀘이사는 빅뱅 이후 10억 년이 채 되지 않은 거의 130억 년 전의 우주를 엿볼 수 있습니다. 이것은 극도로 높은 적색편이 DESI 퀘이사 중에서 지금까지 탐지된 가장 먼 DESI 퀘이사이다. 배경은 DESI Legacy Photogrammetry Surveys에서 이 퀘이사와 그 주변을 보여줍니다. 출처: Jenny Yang, Steward Observatory/University of Arizona

우리의 과학적 목표는 원시에서 파동의 지문을 측정하는 것입니다. 혈장가이가 말했다. “수십억 년 후에 이러한 파도의 영향을 우리의 조사에서 그렇게 빨리 감지할 수 있다는 것은 놀라운 일입니다.”

팽창의 역사를 이해하는 것이 중요합니다. 우주 전체의 운명이 걸려 있기 때문입니다. 오늘날 우주 콘텐츠의 약 70%는 우주의 팽창을 더 빠르게 이끄는 신비한 형태의 에너지인 암흑 에너지입니다. 우주가 팽창함에 따라 더 많은 암흑 에너지가 나타나 우주의 암흑 에너지의 일부를 위로 밀어 올리는 주기로 팽창을 더욱 가속화합니다. 암흑 에너지는 궁극적으로 우주의 운명을 결정할 것입니다. 영원히 팽창할 것입니까? 그는 다시 자신에게 무너질 것인가, 큰 폭발 뒤로? 아니면 그녀가 자신을 찢을 것인가? 이러한 질문에 답한다는 것은 과거에 암흑 에너지가 어떻게 행동했는지에 대해 더 많이 배우는 것을 의미하며, 이것이 바로 DESI가 설계된 목적입니다. 그리고 팽창의 역사와 성장의 역사를 비교함으로써, 우주론자들은 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 이 엄청난 시간과 공간을 지탱하는지 확인할 수 있습니다.

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블랙홀과 밝은 은하

그러나 우주의 운명을 이해하려면 DESI가 더 많은 조사를 마칠 때까지 기다려야 합니다. 한편, DESI는 은하가 아직 어리던 100억 년 전인 먼 과거에 대한 우리의 이해에서 이미 획기적인 발전을 주도하고 있습니다.

DESI를 연구하고 있는 애리조나 대학의 천문학 대학원생인 Ragadeepika Pucha는 “정말 놀랍습니다.”라고 말했습니다. “DESI는 은하 형성과 진화의 물리학에 대해 더 많이 알려줄 것입니다.”

Pucha와 그녀의 동료들은 DESI 데이터를 사용하여 작은 은하에서 중간 질량 블랙홀의 행동을 이해합니다. 초대질량 블랙홀은 우리 은하와 같은 거의 모든 큰 은하의 심장에 서식하는 것으로 생각됩니다. 은하수. 그러나 작은 은하는 항상 핵에 자체(작은) 블랙홀을 가지고 있는지 여부. 블랙홀은 자체적으로 찾기가 거의 불가능하지만 충분한 물질을 끌어당기면 블랙홀을 더 쉽게 감지할 수 있습니다. 가스, 먼지 및 기타 물질이 내부에 들어갔을 때 블랙홀 내륙으로 이동하면서 (별의 중심보다 높은 온도까지) 따뜻해지면 활성 은하핵(AGN)이 형성됩니다. 큰 은하에서 활성 은하 핵은 알려진 우주에서 가장 밝은 물체 중 하나입니다. 그러나 더 작은 은하에서 AGN은 훨씬 희미할 수 있으며 새로 태어난 별과 구별하기 어려울 수 있습니다. DESI가 포착한 스펙트럼은 이 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있으며, 그들이 하늘을 가로질러 얼마나 멀리 퍼져 있는지는 그 어느 때보다 젊은 은하의 핵심에 대한 더 많은 정보를 제공할 것입니다. 이 코어는 과학자들에게 초기 우주에서 AGN이 어떻게 형성되었는지에 대한 단서를 제공할 것입니다.

퀘이사 – 밝은 은하의 다양한 그룹 -은 가장 밝고 가장 먼 물체 중 하나입니다. 영국 더럼 대학교의 천문학 대학원생인 빅토리아 포셋(Victoria Fawcett)은 “우주의 역사를 되돌아보면서 그것들을 가로등 기둥으로 생각하는 것을 좋아한다”고 말했다. 퀘이사는 순전한 힘으로 인해 초기 우주의 우수한 탐사선입니다. DESI 데이터는 110억 년 전으로 거슬러 올라갑니다.

Fawcett와 그녀의 동료들은 DESI 데이터를 사용하여 퀘이사 자체의 진화를 이해합니다. 퀘이사는 안개를 뚫고 태양처럼 방출하는 빛을 붉게 만드는 먼지 봉투로 둘러싸여 시작되는 것으로 생각됩니다. 나이가 들어감에 따라 이 먼지를 배출하고 더 파랗게 됩니다. 그러나 이 이론은 적색 퀘이사에 대한 데이터가 부족하기 때문에 테스트하기가 어려웠습니다. DESI는 이전 조사보다 더 많은 퀘이사가 발견됨에 따라 최종 조사 데이터에서 240만 퀘이사가 예상된다고 변경합니다.

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Fawcett은 “DESI는 더 희미하고 더 붉게 보이는 것을 포착하기 때문에 정말 훌륭합니다.”라고 말했습니다. 그녀는 이를 통해 과학자들이 이전에는 테스트할 수 없었던 퀘이사의 진화에 대한 아이디어를 테스트할 수 있다고 덧붙였습니다. 그리고 이것은 퀘이사에만 국한되지 않습니다. “우리는 이전에 자세히 연구할 수 없었던 희귀한 것들의 많은 샘플을 포함하여 매우 많은 수의 이국적인 시스템을 발견했습니다.”라고 Fawcett이 말했습니다.

DESI에는 더 많은 것이 있습니다. 이 조사는 이미 750만 개 이상의 은하를 분류했으며 매월 100만 개 이상의 은하를 추가하고 있습니다. 2021년 11월에만 DESI는 250만 은하의 적색편이를 분류했습니다. 2026년 운영이 끝날 때까지 DESI는 카탈로그에 3,500만 개 이상의 은하를 보유할 것으로 예상되어 광범위한 우주론 및 천체 물리학 연구를 가능하게 합니다.

Bucha는 “이 모든 데이터는 거기에 있으며 분석을 기다리고 있습니다.”라고 말했습니다. “그러면 우리는 은하에 대한 놀라운 사실을 많이 발견하게 될 것입니다. 저에게 그것은 흥미진진한 일입니다.”

DESI는 에너지부 과학실과 에너지 연구실의 사용자 시설인 에너지 연구를 위한 과학 컴퓨팅 국립 센터의 지원을 받습니다. DESI에 대한 추가 지원은 미국 국립 과학 재단, 영국 과학 및 기술 시설 위원회, Gordon and Betty Moore 재단, Heising-Simons 재단, 프랑스 대체 원자력 위원회(CEA), 국립 과학 및 멕시코 기술 위원회, 스페인 경제부, DESI 회원 기관.

DESI Collaboration은 그가 Tohono O’odham 국가에 특별한 관심을 갖고 있는 산인 Mount Iolkam Du’ag(Kitt Peak)에서 과학 연구를 수행할 수 있는 영광을 안았습니다.

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