Sloan Digital Sky Survey (SDSS), pentru deplasarea spre roșu a quasarilor și galaxiilor

Sloan Digital Sky Survey (SDSS) este o monitorizare majoră de imagistică multi-spectrală și spectroscopică a deplasării spre roșu folosind un telescop optic cu unghi larg de 2,5 m dedicat la Apache Point Observatory din New Mexico, Statele Unite. Proiectul a fost numit după Fundația Alfred P. Sloan, care a contribuit cu finanțare semnificativă.

Colectarea datelor a început în 2000; lansarea finală a datelor imagistice (DR9) acoperă peste 35% din cer, cu observații fotometrice a aproximativ 1 miliard de obiecte, în timp ce monitorizarea continuă să colecteze spectre, obținând până acum spectre de la peste 4 milioane de obiecte. Eșantionul principal de galaxie are o schimbare mediană spre roșu de z = 0,1; există deplasări spre roșu pentru galaxiile roșii luminoase până la z = 0,7 și pentru quasari până la z = 5; iar studiul imagistic a fost implicat în detectarea quasarilor dincolo de o deplasare spre roșu de z = 6.

Comunicarea de date 8 (DR8), din ianuarie 2011, include toate observațiile fotometrice realizate cu camera de imagistică SDSS, acoperind 14.555 grade pătrate pe cer (puțin peste 35% din cerul plin). Comunicarea de date 9 (DR9), făcută public la 31 iulie 2012, include primele rezultate ale Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), incluzând peste 800.000 de spectre noi. Peste 500.000 din noile spectre sunt de obiecte din Univers în urmă cu 7 miliarde de ani (aproximativ jumătate din vârsta universului). Comunicarea de date 10 (DR10), lansată public la 31 iulie 2013, include toate datele din comunicările anterioare, plus primele rezultate din APO Galactic Evolution Experiment (APOGEE), incluzând peste 57.000 de spectre de înaltă rezoluție în infraroșu ale stelelor din Calea Lactee. DR10 include, de asemenea, peste 670.000 de noi spectre BOSS de galaxii și quasari din universul îndepărtat. Imaginile disponibile public din studiu au fost realizate între 1998 și 2009.

În iulie 2020, după un sondaj de 20 de ani, astrofizicienii Sloan Digital Sky Survey au publicat cea mai mare și mai detaliată hartă 3D a universului de până acum, care umple un gol de 11 miliarde de ani în istoria sa de expansiune și furnizează date care susține teoria unei geometrii plate a universului și confirmă faptul că diferite regiuni par să se extindă la viteze diferite.

Observații

SDSS utilizează un telescop optic dedicat cu unghi larg de 2,5 m; din 1998 până în 2009 s-au făcut observații atât în ​​imagistică, cât și în moduri spectroscopice. Camera foto a fost retrasă la sfârșitul anului 2009, de atunci telescopul a observat în întregime în modul spectroscopic.

Imaginile au fost realizate folosind un sistem fotometric de cinci filtre (numite u, g, r, i și z). Aceste imagini sunt procesate pentru a produce liste de obiecte observate și diverși parametri, cum ar fi dacă par asemănători punctual sau extins (așa cum s-ar putea la o galaxie) și modul în care luminozitatea de pe dispozitivele CCD se raportează la diferite tipuri de magnitudine astronomică.

Pentru observații imagistice, telescopul SDSS a folosit tehnica de scanare a driftului, care urmărește telescopul de-a lungul unui cerc mare pe cer și înregistrează continuu fâșii mici de cer. Imaginea stelelor din planul focal se îndreaptă de-a lungul cipului CCD, iar sarcina este deplasată electronic de-a lungul detectoarelor exact la aceeași rată, în loc să rămână fixă ​​ca în telescoapele urmărite. (Pur și simplu parcarea telescopului pe măsură ce cerul se mișcă este funcțională doar pe ecuatorul ceresc, deoarece stelele cu declinare diferită se mișcă cu viteză aparentă diferită). Această metodă permite astrometrie consistentă pe cel mai larg câmp posibil și minimizează cheltuielile generale de la citirea detectoarelor. Dezavantajul este efectele minore de distorsiune.

Camera foto a telescopului este formată din 30 de cipuri CCD, fiecare cu o rezoluție de 2048 × 2048 pixeli, totalizând aproximativ 120 megapixeli. Cipurile sunt aranjate în 5 rânduri de câte 6 cipuri. Fiecare rând are un filtru optic diferit cu lungimi de undă medii de 355,1, 468,6, 616,5, 748,1 și 893,1 nm, cu 95% completitudine în vizualizarea tipică la magnitudini de 22,0, 22,2, 22,2, 21,3 și 20,5, pentru u, g, r, i, respectiv z. Filtrele sunt plasate pe cameră în ordinea r, i, u, z, g. Pentru a reduce zgomotul, camera este răcită la 190 kelvini (aproximativ -80 °C) de azot lichid.

Folosind aceste date fotometrice, stelele, galaxiile și quasarii sunt, de asemenea, selectate pentru spectroscopie. Spectrograful funcționează prin alimentarea unei fibre optice individuale pentru fiecare țintă printr-o gaură forată într-o placă de aluminiu. Fiecare gaură este poziționată special pentru o țintă selectată, astfel încât fiecare câmp în care urmează să fie obținute spectre necesită o placă unică. Spectrograful original atașat telescopului era capabil să înregistreze simultan 640 de spectre, în timp ce spectrograful actualizat pentru SDSS III poate înregistra 1000 de spectre simultan. Pe parcursul fiecărei nopți, între șase și nouă plăci sunt de obicei utilizate pentru înregistrarea spectrelor. În modul spectroscopic, telescopul urmărește cerul în mod standard, menținând obiectele focalizate pe vârfurile lor corespunzătoare din fibră.

În fiecare noapte, telescopul produce aproximativ 200 GB de date.

(Cartuș de spectroscop SDSS. )

(Detaliu placă de aluminiu cu fibre optice. )

Acces la date

(LRG-4-606 este o galaxie roșie luminată. LRG este acronimul dat unui catalog de galaxii roșii strălucitoare găsite în SDSS. )

Studiul face ca versiunile de date să fie disponibile pe internet. SkyServer oferă o gamă de interfețe către un server Microsoft SQL subiacent. Atât spectrele, cât și imaginile sunt disponibile în acest fel, iar interfețele sunt făcute foarte ușor de utilizat, astfel încât, de exemplu, o imagine color completă a oricărei regiuni a cerului acoperită de o versiune de date SDSS poate fi obținută doar prin furnizarea coordonatelor. Datele sunt disponibile numai pentru uz necomercial, fără permisiunea scrisă. SkyServer oferă, de asemenea, o serie de tutoriale destinate tuturor, de la școlari până la astronomi profesioniști. A zecea versiune de date majore, DR10, lansată în iulie 2013, oferă imagini, cataloage de imagini, spectre și deplasări spre roșu printr-o varietate de interfețe de căutare.

Datele brute (dinainte de a fi prelucrate în baze de date de obiecte) sunt, de asemenea, disponibile prin intermediul unui alt server de internet și experimentate mai întâi ca „fly-through” prin intermediul programului NASA World Wind.

Cerul în Google Sky include date din SDSS, pentru acele regiuni în care sunt disponibile astfel de date. Există, de asemenea, pluginuri KML pentru straturi de fotometrie și spectroscopie SDSS, permițând accesul direct la datele SkyServer din Google Sky.

Datele sunt disponibile și pe Planetariul Hayden cu un vizualizator 3D.

Există, de asemenea, lista în continuă creștere a datelor pentru regiunea Stripe 82 din SDSS.

În urma contribuției colegului tehnic Jim Gray în numele Microsoft Research cu proiectul SkyServer, WorldWide Telescope al Microsoft folosește SDSS și alte surse de date.

MilkyWay@home a folosit, de asemenea, datele SDSS pentru a crea un model tridimensional extrem de precis al galaxiei Calea Lactee.

Rezultate

Împreună cu publicațiile care descriu studiul în sine, datele SDSS au fost utilizate în publicații pentru o gamă largă de subiecte astronomice. Site-ul SDSS conține o listă completă a acestor publicații care acoperă quasarii îndepărtați la limitele universului observabil, distribuția galaxiilor, proprietățile stelelor din propria noastră galaxie și, de asemenea, subiecte precum materia întunecată și energia întunecată din univers.

Hărți

Pe baza publicării Data Release 9, o nouă hartă 3D a galaxiilor masive și găurilor negre îndepărtate a fost publicată pe 8 august 2012.