Sloan Digital Sky Survey - Sloan Digital Sky Survey

Sloan Digital Sky Survey
Alternativní názvy SDSS
Typ průzkumu astronomický průzkum Upravte to na Wikidata
Pojmenoval podle Nadace Alfreda P. Sloana Upravte to na Wikidata
Observatořský kód 645
Pozorování Observatoř Apache Point Upravte to na Wikidata
Kapela viditelné spektrum , infračervené , ultrafialové Upravte to na Wikidata
webová stránka www .sdss .org
Stránka Commons Související média na Wikimedia Commons

Sloan Digital Sky Survey nebo SDSS je hlavním multispektrální zobrazovací a spektroskopické redshift průzkum použití jednoúčelového 2,5 m širokoúhlý optický dalekohled na Apache Point Observatory v Novém Mexiku, Spojené státy americké. Projekt byl pojmenován po Nadaci Alfreda P. Sloana , která přispěla značným financováním.

Zřízení

Bylo zřízeno konsorcium University of Washington a Princeton University, aby provedlo průzkum redshift. Konsorcium pro astrofyzikální výzkum (ARC) bylo založeno za další účasti Státní univerzity v Novém Mexiku a Washingtonské státní univerzity za účelem řízení aktivit v Apache Point. V roce 1991 nadace Sloan Foundation poskytla ARC finanční prostředky na průzkumné práce a stavbu zařízení k provádění prací.

Úkon

Sběr dat byl zahájen v roce 2000; konečné vydání zobrazovacích dat (DR9) pokrývá více než 35% oblohy s fotometrickými pozorováními téměř 1 miliardy objektů, zatímco průzkum pokračuje v získávání spekter , přičemž dosud byla odebrána spektra více než 4 milionů objektů. Hlavní Galaxy vzorek má střední rudý posuv o Z  = 0,1; existují červené posuny pro světelné červené galaxie až na z  = 0,7 a pro kvazaryz  = 5; a zobrazovací průzkum byl zapojen do detekce kvasarů za červeným posunem z  = 6.

Data Release 8 (DR8), vydaná v lednu 2011, zahrnuje všechna fotometrická pozorování pořízená zobrazovací kamerou SDSS, pokrývající na obloze 14 555 čtverečních stupňů (něco přes 35% celé oblohy). Data release 9 (DR9), zveřejněná 31. července 2012, obsahuje první výsledky z Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), včetně více než 800 000 nových spekter. Více než 500 000 nových spekter pochází z objektů ve vesmíru před 7 miliardami let (zhruba polovina stáří vesmíru). Data release 10 (DR10), zveřejněná 31. července 2013, obsahuje všechna data z předchozích verzí, plus první výsledky z APO Galactic Evolution Experiment (APOGEE) , včetně více než 57 000 infračervených spekter hvězd s vysokým rozlišením v Mléčné dráze Způsob. DR10 také obsahuje více než 670 000 nových BOSS spekter galaxií a kvazarů ve vzdáleném vesmíru. Veřejně dostupné obrázky z průzkumu byly pořízeny v letech 1998 až 2009.

V červenci 2020 po 20 letech dlouhém průzkumu publikovali astrofyzici průzkumu Sloan Digital Sky Survey dosud největší a nejpodrobnější 3D mapu vesmíru, vyplnili mezeru 11 miliard let v historii expanze a poskytli data, která podporuje teorii plochého geometrie vesmíru a potvrzuje, že se zdají různé regiony se rozšiřuje při různých rychlostech .

Pozorování

SDSS používá vyhrazený 2,5 m širokoúhlý optický dalekohled; v letech 1998 až 2009 pozoroval v zobrazovacím i spektroskopickém režimu. Zobrazovací kamera byla vyřazena z provozu na konci roku 2009, od té doby teleskop pozoroval zcela ve spektroskopickém režimu.

Obrázky byly pořízeny pomocí fotometrického systému pěti filtrů (pojmenovaných u , g , r , i a z ). Tyto obrázky jsou zpracovány tak, aby vytvořily seznamy pozorovaných objektů a různé parametry, například zda vypadají bodově nebo rozšířeně (jako by to mohla být galaxie) a jak se jas na CCD vztahuje k různým druhům astronomické velikosti .

Pro zobrazovací pozorování používal dalekohled SDSS techniku drift skenování , ale s choreografickou variací pravého vzestupu , deklinace , rychlosti sledování a otáčení obrazu, což umožňuje dalekohledu sledovat velké kruhy a nepřetržitě zaznamenávat malé pruhy oblohy. Obraz hvězd v ohniskové rovině se unáší po čipu CCD a náboj se elektronicky posouvá podél detektorů přesně stejnou rychlostí, místo aby zůstal pevný jako u pásových dalekohledů. (Jednoduše parkování dalekohledu při pohybu oblohy funguje pouze na nebeském rovníku , protože hvězdy s různou deklinací se pohybují různou zdánlivou rychlostí). Tato metoda umožňuje konzistentní astrometrii v nejširším možném poli a minimalizuje režijní náklady při čtení detektorů. Nevýhodou jsou drobné efekty zkreslení.

Zobrazovací kamera dalekohledu je tvořena 30 čipy CCD, každý s rozlišením 2048 × 2048 pixelů , celkem přibližně 120 megapixelů . Čipy jsou uspořádány v 5 řadách po 6 žetonech. Každý řádek má jiný optický filtr s průměrnými vlnovými délkami 355,1, 468,6, 616,5, 748,1 a 893,1 nm , s 95% úplností v typickém vidění na velikosti 22,0, 22,2, 22,2, 21,3 a 20,5, pro u , g , r , respektive i , z . Filtry jsou na kameru umístěny v pořadí r , i , u , z , g . Aby se snížil šum, je fotoaparát chlazen kapalným dusíkem na 190 kelvinů (asi -80 ° C) .

Pomocí těchto fotometrických dat jsou pro spektroskopii vybrány také hvězdy, galaxie a kvasary . Spektrograf pracuje tak, že krmení individuální optické vlákno pro každý cíl prostřednictvím vývrtu hliníkovou deskou. Každá díra je umístěna specificky pro vybraný cíl, takže každé pole, ve kterém mají být získána spektra, vyžaduje jedinečnou desku. Původní spektrograf připojený k dalekohledu byl schopen zaznamenat 640 spekter současně, zatímco aktualizovaný spektrograf pro SDSS III může zaznamenat 1000 spekter najednou. V průběhu každé noci se pro záznam spekter obvykle používá šest až devět desek. Ve spektroskopickém režimu dalekohled sleduje oblohu standardním způsobem a udržuje objekty zaostřené na jejich odpovídající špičky vláken.

Každý večer dalekohled produkuje asi 200 GB dat.

Patrona SDSS spektroskopu
Hliníková deska zblízka zobrazující optická vlákna

Fáze

Kvazary působící jako gravitační čočky. Aby astronomové našli tyto případy kombinací galaxie a kvasaru fungujících jako čočky, vybrali z SDSS 23 000 spektra kvasarů.

SDSS-I: 2000–2005

Během své první fáze provozu, 2000–2005, SDSS zobrazila více než 8 000 čtverečních stupňů oblohy v pěti optických pásmových průchodech a získala spektra galaxií a kvazarů vybraných z 5 700 čtverečních stupňů tohoto zobrazení. Rovněž bylo získáno opakované zobrazování (zhruba 30 skenů) pruhu 300 čtverečních stupňů v jižní galaktické čepici.

SDSS-II: 2005–2008

V roce 2005 průzkum vstoupil do nové fáze, SDSS-II , rozšířením pozorování o prozkoumání struktury a hvězdného složení Mléčné dráhy , SEGUE a průzkumu Sloan Supernova, který sleduje po událostech supernovy Ia měření vzdáleností předměty.

Sloan Legacy Survey

Průzkum Sloan Legacy Survey pokrývá více než 7 500 čtverečních stupňů severní galaktické čepice s daty z téměř 2 milionů objektů a spektry z více než 800 000 galaxií a 100 000 kvazarů. Informace o poloze a vzdálenosti předmětů umožnily poprvé zkoumat rozsáhlou strukturu vesmíru s jeho dutinami a vlákny. Téměř všechna tato data byla získána v SDSS-I, ale malá část stopy byla dokončena v SDSS-II.

Sloan Extension for Galactic Understanding and Exploration (SEGUE)

Rozšíření Sloan pro galaktické porozumění a průzkum získalo spektra 240 000 hvězd (s typickou radiální rychlostí 10 km/s) za účelem vytvoření podrobné trojrozměrné mapy Mléčné dráhy. Data SEGUE poskytují důkazy o stáří, složení a rozložení fázového prostoru hvězd v různých galaktických složkách a poskytují klíčové vodítka pro pochopení struktury, vzniku a vývoje naší galaxie .

Hvězdná spektra, zobrazovací data a odvozené katalogy parametrů pro tento průzkum jsou veřejně dostupné jako součást SDSS Data Release 7 (DR7).

Průzkum Sloan Supernova

Průzkum Supernova SDSS, který probíhal v letech 2005 až 2008, prováděl opakované zobrazování jednoho pruhu oblohy širokého 2,5 ° se středem na nebeském rovníku, přičemž šlo od 20 hodin pravého vzestupu k 4 hodinám RA, takže to bylo v jižní galaktické čepici (viz. Draft: Galactic cap) a netrpěl galaktickým vyhynutím . Projekt objevil více než 500 supernov typu Ia. Průzkum Supernova, který probíhal až do konce roku 2007, hledal supernovy typu Ia . Průzkum rychle naskenoval plochu 300 čtverečních stupňů, aby detekoval variabilní objekty a supernovy. Zjistilo 130 potvrzených událostí supernov Ia v roce 2005 a dalších 197 v roce 2006. V roce 2014 byl vydán ještě větší katalog obsahující 10 258 variabilních a přechodných zdrojů. Z nich je 4 607 zdrojů buď potvrzených nebo pravděpodobných supernov, což z něj činí dosud největší soubor supernov.

SDSS III: 2008–2014

V polovině roku 2008 byla zahájena SDSS-III. Skládal se ze čtyř samostatných průzkumů:

APO Galactic Evolution Experiment (APOGEE)

APO Galactic Evolution Experiment (APOGEE) použil infračervenou spektroskopii s vysokým rozlišením a vysokým signálem k šumu k proniknutí prachu, který zakrývá vnitřní Galaxii. Agentura APOGEE zkoumala 100 000 rudých obřích hvězd v celém rozsahu galaktické boule , tyče, disku a svatozáře . Zvýšil počet hvězd pozorovaných při vysokém spektroskopickém rozlišení (R ~ 20 000 při λ ~ 1,6μm) a vysokém poměru signálu k šumu (S/N ~ 100) o více než faktor 100. Spektra s vysokým rozlišením odhalila množství asi 15 prvků, které poskytují informace o složení plynových mraků, ze kterých se vytvořili rudí obři. APOGEE plánoval shromažďovat data v letech 2011 až 2014, přičemž první vydání dat proběhlo v červenci 2013.

Baryonský oscilační spektroskopický průzkum (BOSS)

Baryonový oscilační spektroskopický průzkum (BOSS) SDSS-III byl navržen k měření rychlosti expanze vesmíru . Mapovalo prostorové rozložení světelných červených galaxií (LRG) a kvasarů, aby určilo jejich prostorové rozložení a detekovalo charakteristické měřítko otištěné baryonovými akustickými oscilacemi v raném vesmíru. Zvukové vlny, které se šíří v raném vesmíru, jako šířící se vlnky v rybníku, vtiskují charakteristickým měřítkům vzájemné polohy galaxií. Bylo oznámeno, že BOSS změřil měřítko vesmíru s přesností na jedno procento a byl dokončen na jaře 2014.

Velkoplošný průzkum exoplanety APO Radial Velocity Exoplanet (MARVELS)

Velkoplošný průzkum exoplanety APO Radial Velocity Survey (MARVELS) monitoroval radiální rychlosti 11 000 jasných hvězd s přesností a kadencí potřebnou k detekci plynných obřích planet, jejichž oběžné doby se pohybují od několika hodin do dvou let. Tento pozemský Dopplerův průzkum využíval k monitorování radiálních rychlostí dalekohled SDSS a nové víceobjektové dopplerovské přístroje.

Hlavním cílem projektu bylo vygenerovat rozsáhlý, statisticky dobře definovaný vzorek obřích planet . Hledala plynné planety s oběžnou dobou v rozmezí od hodin do 2 let a hmotností 0,5 až 10krát větší než Jupiter . Celkem bylo analyzováno 11 000 hvězd s 25–35 pozorováními na hvězdu po dobu 18 měsíců. Očekávalo se, že detekuje 150 až 200 nových exoplanet, a byl schopen studovat vzácné systémy, jako jsou planety s extrémní excentricitou, a objekty v „ poušti hnědého trpaslíka “.

Shromážděná data byla použita jako statistický vzorek pro teoretické srovnání a objev vzácných systémů. Projekt byl zahájen na podzim roku 2008 a trval až do jara 2014.

SEGUE-2

Původní Sloanovo rozšíření pro galaktické porozumění a průzkum (SEGUE-1) získalo spektra téměř 240 000 hvězd řady spektrálních typů. Na základě tohoto úspěchu SEGUE-2 spektroskopicky pozoroval kolem 120 000 hvězd se zaměřením na in situ hvězdné halo Mléčné dráhy ze vzdáleností 10 až 60 kpc. SEGUE-2 zdvojnásobil velikost vzorku SEGUE-1 .

Kombinace SEGUE-1 a 2 odhalila komplexní kinematickou a chemickou substrukturu galaktického halo a disků, což poskytlo zásadní stopy pro historii sestavování a obohacování galaxie. Především se očekávalo, že vnějšímu halo budou dominovat akreční akce v pozdním čase. Data SEGUE mohou pomoci omezit stávající modely pro tvorbu hvězdného halo a informovat o další generaci simulací vzniku galaxií ve vysokém rozlišení. Kromě toho mohou SEGUE-1 a SEGUE-2 pomoci odhalit vzácné, chemicky primitivní hvězdy, které jsou zkamenělinami nejranějších generací kosmické formace hvězd.

SDSS IV: 2014–2020

Světlo ze vzdálených galaxií bylo rozmazané a zkroucené do zvláštních tvarů, oblouků a pruhů.

Nejnovější generace SDSS (SDSS-IV, 2014–2020) rozšiřuje přesná kosmologická měření do kritické rané fáze kosmické historie (eBOSS) a rozšiřuje svůj infračervený spektroskopický průzkum Galaxie na severní a jižní polokouli (APOGEE-2 ) a poprvé pomocí Sloanových spektrografů k vytvoření prostorově rozlišených map jednotlivých galaxií (MaNGA).

Experiment APO Galactic Evolution (APOGEE-2)

Hvězdný průzkum Mléčné dráhy se dvěma hlavními složkami: severní průzkum pomocí jasného času na APO a jižní průzkum pomocí 2,5 m du Pont Telescope v Las Campanas.

rozšířený Baryonův oscilační spektroskopický průzkum (eBOSS)

Kosmologický průzkum kvasarů a galaxií, zahrnující také podprogramy pro průzkum variabilních objektů (TDSS) a rentgenových zdrojů (SPIDERS).

Mapování blízkých galaxií na APO (MaNGA)

Zjednodušené grafické znázornění svazku 7 vláken. MaNGA měří 17 galaxií najednou pomocí svazků 19, 37, 61, 91 a 127 vláken.

MaNGA (Mapování blízkých galaxií na observatoři Apache Point ) prozkoumala podrobnou vnitřní strukturu téměř 10 000 blízkých galaxií od roku 2014 do jara 2020. Dřívější průzkumy SDSS umožňovaly pozorování spekter pouze ze středu galaxií. Použitím dvourozměrných polí optických vláken spojených do šestiúhelníkového tvaru byla MaNGA schopna použít prostorově rozlišenou spektroskopii ke konstrukci map oblastí v galaxiích, což umožnilo hlubší analýzu jejich struktury, jako jsou radiální rychlosti a oblasti tvorby hvězd .

SDSS-V: 2020-aktuální

Observatoř Apache Point v Novém Mexiku začala shromažďovat data pro SDSS-V v říjnu 2020. Apache Point je podle plánu převeden do poloviny roku 2021 ze zástrčkových desek (hliníkové desky s ručně umístěnými otvory pro prosvícení světla hvězd) na malý automatizovaný robot. zbraní, přičemž observatoř Las Campanas v Chile bude následovat později v tomto roce. Průzkum mapovače Mléčné dráhy se zaměří na spektra šesti milionů hvězd. Průzkum mapovače Black Hole se zaměří na galaxie, aby nepřímo analyzovaly jejich supermasivní černé díry. Local Volume Mapper se zaměří na blízké galaxie, aby analyzoval jejich mraky mezihvězdného plynu.

Přístup k datům

LRG-4-606 je světelná červená galaxie . LRG je zkratka pro katalog jasně červených galaxií nalezených v SDSS.

Průzkum zpřístupňuje zveřejnění dat přes internet. SkyServer nabízí řadu rozhraní k podkladové Microsoft SQL Server . Tímto způsobem jsou k dispozici jak spektra, tak obrázky a rozhraní se velmi snadno používají, takže například plně zadáním souřadnic lze získat plně barevný obraz jakékoli oblasti oblohy pokryté datovým vydáním SDSS. Data jsou k dispozici pouze pro nekomerční použití, bez písemného svolení. SkyServer také nabízí řadu tutoriálů zaměřených na všechny od školáků až po profesionální astronomy. Desáté hlavní vydání dat, DR10, vydané v červenci 2013, poskytuje obrázky, zobrazovací katalogy, spektra a červené posuny prostřednictvím různých vyhledávacích rozhraní.

Nezpracovaná data (z doby před zpracováním do databází objektů) jsou k dispozici také prostřednictvím jiného internetového serveru a poprvé byla zaznamenána jako „průlet“ prostřednictvím programu NASA World Wind .

Služba Sky v aplikaci Google Earth obsahuje data z SDSS pro regiony, kde jsou tato data k dispozici. K dispozici jsou také doplňky KML pro SDSS fotometrii a spektroskopické vrstvy, které umožňují přímý přístup k datům SkyServeru z Google Sky.

Data jsou také k dispozici na Hayden Planetarium s 3D vizualizérem.

K dispozici je také neustále rostoucí seznam dat pro region Stripe 82 v SDSS.

Podle příspěvku technického pracovníka Jima Graye jménem společnosti Microsoft Research s projektem SkyServer využívá WorldWide Telescope společnosti Microsoft SDSS a další zdroje dat.

Společnost MilkyWay@home také použila data SDSS k vytvoření vysoce přesného trojrozměrného modelu galaxie Mléčné dráhy.

Výsledek

Spolu s publikacemi popisujícími samotný průzkum byla data SDSS použita v publikacích o celé řadě astronomických témat. Web SDSS obsahuje úplný seznam těchto publikací pokrývajících vzdálené kvasary na hranicích pozorovatelného vesmíru, distribuci galaxií, vlastnosti hvězd v naší vlastní galaxii a také témata, jako je temná hmota a temná energie ve vesmíru.

Mapy

Na základě vydání Data Release 9 byla 8. srpna 2012 zveřejněna nová 3D mapa masivních galaxií a vzdálených černých děr.

Viz také

Reference

Další čtení

  • Ann K.Finkbeiner. Velká a odvážná věc: Mimořádná nová mapa vesmíru, která začíná novou éru objevu (2010), novinářská historie projektu

externí odkazy