Sloan Digital Sky Survey - Sloan Digital Sky Survey

Sloan Digital Sky Survey
Nomes alternativos SDSS
Tipo de pesquisa levantamento astronômico Edite isso no Wikidata
Nomeado após Fundação Alfred P. Sloan Edite isso no Wikidata
Código Observatório 645
Observações Observatório Apache Point Edite isso no Wikidata
Banda espectro visível , infravermelho , ultravioleta Edite isso no Wikidata
Local na rede Internet www .sdss .org
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O Sloan Digital Sky Survey ou SDSS é um importante levantamento espectral de imagens e redshift espectroscópico usando um telescópio óptico de grande angular de 2,5 m dedicado no Observatório Apache Point no Novo México, Estados Unidos. O projeto recebeu o nome da Fundação Alfred P. Sloan , que contribuiu com um financiamento significativo.

Estabelecimento

Um consórcio da Universidade de Washington e da Universidade de Princeton foi estabelecido para conduzir uma pesquisa de desvio para o vermelho. O Astrophysical Research Consortium (ARC) foi estabelecido com a participação adicional da New Mexico State University e da Washington State University para gerenciar as atividades em Apache Point. Em 1991, a Fundação Sloan concedeu financiamento à ARC para esforços de pesquisa e construção de equipamentos para realizar o trabalho.

Operação

A coleta de dados começou em 2000; a liberação de dados de imagem final (DR9) cobre mais de 35% do céu, com observações fotométricas de cerca de 1 bilhão de objetos, enquanto a pesquisa continua a adquirir espectros , tendo até agora obtido espectros de mais de 4 milhões de objetos. A amostra da galáxia principal tem um desvio para o vermelho médio de z  = 0,1; há redshifts para galáxias vermelhas luminosas até z  = 0,7, e para quasares até z  = 5; e a pesquisa de imagem esteve envolvida na detecção de quasares além de um redshift z  = 6.

O lançamento de dados 8 (DR8), lançado em janeiro de 2011, inclui todas as observações fotométricas feitas com a câmera de imagem SDSS, cobrindo 14.555 graus quadrados no céu (pouco mais de 35% do céu inteiro). O lançamento de dados 9 (DR9), lançado ao público em 31 de julho de 2012, inclui os primeiros resultados da Pesquisa Espectroscópica de Oscilação Baryon (BOSS), incluindo mais de 800.000 novos espectros. Mais de 500.000 dos novos espectros são de objetos no Universo há 7 bilhões de anos (aproximadamente metade da idade do universo). O lançamento de dados 10 (DR10), lançado ao público em 31 de julho de 2013, inclui todos os dados de lançamentos anteriores, além dos primeiros resultados do APO Galactic Evolution Experiment (APOGEE) , incluindo mais de 57.000 espectros infravermelhos de alta resolução de estrelas no Milky Caminho. O DR10 também inclui mais de 670.000 novos espectros BOSS de galáxias e quasares no universo distante. As imagens publicamente disponíveis da pesquisa foram feitas entre 1998 e 2009.

Em julho de 2020, após uma pesquisa de 20 anos, os astrofísicos do Sloan Digital Sky Survey publicaram o maior e mais detalhado mapa 3D do universo até agora, preencheram uma lacuna de 11 bilhões de anos em sua história de expansão e forneceram dados que apóia a teoria de uma geometria plana do universo e confirma que diferentes regiões parecem estar se expandindo em velocidades diferentes .

Observações

O SDSS usa um telescópio óptico grande angular dedicado de 2,5 m; de 1998 a 2009, observou nos modos de imagem e espectroscópico. A câmera de imagem foi aposentada no final de 2009, desde então o telescópio passou a observar inteiramente no modo espectroscópico.

As imagens foram obtidas por meio de um sistema fotométrico de cinco filtros (denominados u , g , r , i e z ). Essas imagens são processadas para produzir listas de objetos observados e vários parâmetros, como se parecem pontuais ou estendidos (como uma galáxia) e como o brilho nos CCDs se relaciona com vários tipos de magnitude astronômica .

Para observações de imagens, o telescópio SDSS usou a técnica de varredura de deriva , mas com variação coreografada de ascensão reta , declinação , taxa de rastreamento e rotação de imagem que permite ao telescópio rastrear grandes círculos e registrar continuamente pequenas faixas do céu. A imagem das estrelas no plano focal se move ao longo do chip CCD, e a carga é eletronicamente deslocada ao longo dos detectores exatamente na mesma taxa, em vez de permanecer fixa como nos telescópios rastreados. (Simplesmente estacionar o telescópio enquanto o céu se move só é viável no equador celestial , uma vez que estrelas em declinação diferente se movem em velocidades aparentes diferentes). Este método permite astrometria consistente no campo mais amplo possível e minimiza sobrecargas de leitura dos detectores. A desvantagem são os efeitos de distorção menores.

A câmera de imagem do telescópio é composta por 30 chips CCD, cada um com resolução de 2048 × 2048 pixels , totalizando aproximadamente 120 megapixels . Os chips são organizados em 5 linhas de 6 chips. Cada linha tem um filtro óptico diferente com comprimentos de onda médios de 355,1, 468,6, 616,5, 748,1 e 893,1 nm , com 95% de completude na visão típica para magnitudes de 22,0, 22,2, 22,2, 21,3 e 20,5, para u , g , r , i , z respectivamente. Os filtros são colocados na câmera na ordem r , i , u , z , g . Para reduzir o ruído, a câmera é resfriada a 190 kelvins (cerca de −80 ° C) por nitrogênio líquido .

Usando esses dados fotométricos, estrelas, galáxias e quasares também são selecionados para espectroscopia . O espectrógrafo opera alimentando uma fibra óptica individual para cada alvo através de um orifício feito em uma placa de alumínio. Cada furo é posicionado especificamente para um alvo selecionado, de modo que cada campo no qual os espectros devem ser adquiridos requer uma placa exclusiva. O espectrógrafo original acoplado ao telescópio era capaz de registrar 640 espectros simultaneamente, enquanto o espectrógrafo atualizado para o SDSS III pode registrar 1000 espectros de uma vez. Ao longo de cada noite, entre seis e nove placas são normalmente usadas para registrar espectros. No modo espectroscópico, o telescópio rastreia o céu da maneira padrão, mantendo os objetos focados em suas pontas de fibra correspondentes.

Todas as noites, o telescópio produz cerca de 200 GB de dados.

Cartucho de espectroscópio SDSS
Placa de alumínio de perto mostrando fibras ópticas

Fases

Quasares atuando como lentes gravitacionais. Para encontrar esses casos de combinações galáxia-quasar atuando como lentes, os astrônomos selecionaram 23.000 espectros de quasar do SDSS.

SDSS-I: 2000–2005

Durante sua primeira fase de operações, 2000-2005, o SDSS capturou imagens de mais de 8.000 graus quadrados do céu em cinco passagens ópticas e obteve espectros de galáxias e quasares selecionados a partir de 5.700 graus quadrados dessa imagem. Ele também obteve imagens repetidas (cerca de 30 varreduras) de uma faixa de 300 graus quadrados na borda sul da Galáxia.

SDSS-II: 2005–2008

Em 2005, a pesquisa entrou em uma nova fase, o SDSS-II , ao estender as observações para explorar a estrutura e a composição estelar da Via Láctea , o SEGUE e o Sloan Supernova Survey, que observa eventos de supernova Ia para medir as distâncias até o objetos.

Sloan Legacy Survey

O Sloan Legacy Survey cobre mais de 7.500 graus quadrados da Calota Galáctica Setentrional com dados de quase 2 milhões de objetos e espectros de mais de 800.000 galáxias e 100.000 quasares. As informações sobre a posição e distância dos objetos permitiram que a estrutura em larga escala do Universo, com seus vazios e filamentos, fosse investigada pela primeira vez. Quase todos esses dados foram obtidos no SDSS-I, mas uma pequena parte da pegada foi finalizada no SDSS-II.

Extensão Sloan para Compreensão e Exploração Galáctica (SEGUE)

A Extensão Sloan para Compreensão e Exploração Galáctica obteve espectros de 240.000 estrelas (com velocidade radial típica de 10 km / s) para criar um mapa tridimensional detalhado da Via Láctea. Os dados SEGUE fornecem evidências para a idade, composição e distribuição do espaço de fase das estrelas dentro dos vários componentes galácticos, fornecendo pistas cruciais para a compreensão da estrutura, formação e evolução da nossa galáxia .

Os espectros estelares, dados de imagem e catálogos de parâmetros derivados para esta pesquisa estão disponíveis publicamente como parte do SDSS Data Release 7 (DR7).

Sloan Supernova Survey

O SDSS Supernova Survey, que decorreu de 2005 a 2008, realizou imagens repetidas de uma faixa de céu de 2,5 ° de largura centrada no equador celestial, indo de 20 horas de ascensão reta para 4 horas RA de modo que estava na calota galáctica meridional (ver Calado: Limite galáctico) e não sofreu extinção galáctica . O projeto descobriu mais de 500 supernovas do tipo Ia. Em execução até o final do ano de 2007, o Supernova Survey procurou por supernovas do tipo Ia . A pesquisa examinou rapidamente uma área de 300 graus quadrados para detectar objetos variáveis ​​e supernovas. Detectou 130 eventos confirmados de supernovas Ia em 2005 e mais 197 em 2006. Em 2014, um catálogo ainda maior foi lançado contendo 10.258 fontes variáveis ​​e transitórias. Destas, 4.607 fontes são confirmadas ou provavelmente supernovas, o que torna este o maior conjunto de supernovas compilado até agora.

SDSS III: 2008–2014

Em meados de 2008, o SDSS-III foi iniciado. Compreende quatro pesquisas separadas:

APO Galactic Evolution Experiment (APOGEE)

O APO Galactic Evolution Experiment (APOGEE) usou espectroscopia infravermelha de alta resolução e alto sinal-ruído para penetrar na poeira que obscurece o interior da Galáxia. O APOGEE pesquisou 100.000 estrelas gigantes vermelhas em toda a extensão do bojo , barra, disco e halo galácticos . Ele aumentou o número de estrelas observadas em alta resolução espectroscópica (R ~ 20.000 em λ ~ 1,6μm) e alta relação sinal-ruído (S / N ~ 100) em mais de um fator de 100. Os espectros de alta resolução revelaram o abundâncias de cerca de 15 elementos, dando informações sobre a composição das nuvens de gás a partir das quais se formaram os gigantes vermelhos. O APOGEE planejou coletar dados de 2011 a 2014, com a primeira divulgação de dados em julho de 2013.

Pesquisa Espectroscópica de Oscilação Bariônica (BOSS)

O SDSS-III's Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) foi projetado para medir a taxa de expansão do Universo . Ele mapeou a distribuição espacial de galáxias vermelhas luminosas (LRGs) e quasares para determinar sua distribuição espacial e detectar a escala característica impressa pelas oscilações acústicas bárions no universo inicial. As ondas sonoras que se propagam no início do universo, como ondas que se espalham em um lago, imprimem uma escala característica nas posições das galáxias em relação umas às outras. Foi anunciado que o BOSS mediu a escala do universo com uma precisão de um por cento e foi concluído na primavera de 2014.

Pesquisa de área ampla do exoplaneta de velocidade radial APO multi-objeto (MARVELS)

O Multi-object APO Radial Velocity Exoplanet Survey (MARVELS) monitorou as velocidades radiais de 11.000 estrelas brilhantes, com a precisão e cadência necessárias para detectar planetas gigantes gasosos que têm períodos orbitais que variam de várias horas a dois anos. Este levantamento Doppler baseado em solo usou o telescópio SDSS e novos instrumentos Doppler multi-objetos para monitorar as velocidades radiais.

O principal objetivo do projeto era gerar uma amostra em grande escala e estatisticamente bem definida de planetas gigantes . Ele procurou por planetas gasosos com períodos orbitais variando de horas a 2 anos e massas entre 0,5 e 10 vezes a de Júpiter . Um total de 11.000 estrelas foram analisadas com 25-35 observações por estrela ao longo de um período de 18 meses. Esperava-se que detectasse entre 150 e 200 novos exoplanetas e pudesse estudar sistemas raros, como planetas com extrema excentricidade e objetos no " deserto das anãs marrons ".

Os dados coletados foram usados ​​como uma amostra estatística para a comparação teórica e descoberta de sistemas raros. O projeto começou no outono de 2008 e continuou até a primavera de 2014.

SEGUE-2

A Extensão Sloan original para o Entendimento e Exploração Galáctica (SEGUE-1) obteve espectros de cerca de 240.000 estrelas de uma variedade de tipos espectrais. Com base neste sucesso, SEGUE-2 observou espectroscopicamente cerca de 120.000 estrelas, focando no halo estelar in situ da Via Láctea, a distâncias de 10 a 60 kpc. SEGUE-2 dobrou o tamanho da amostra de SEGUE-1 .

A combinação de SEGUE-1 e 2 revelou a complexa subestrutura cinemática e química do halo galáctico e discos, fornecendo pistas essenciais para a história de montagem e enriquecimento da galáxia. Em particular, esperava-se que o halo externo fosse dominado por eventos de acréscimo tardio. Os dados SEGUE podem ajudar a restringir os modelos existentes para a formação do halo estelar e informar a próxima geração de simulações de alta resolução da formação de galáxias. Além disso, SEGUE-1 e SEGUE-2 podem ajudar a descobrir estrelas raras e quimicamente primitivas que são fósseis das primeiras gerações de formação de estrelas cósmicas.

SDSS IV: 2014-2020

A luz de galáxias distantes foi manchada e distorcida em formas, arcos e listras estranhas.

A última geração do SDSS (SDSS-IV, 2014-2020) está estendendo medições cosmológicas de precisão a uma fase inicial crítica da história cósmica (eBOSS), expandindo sua pesquisa espectroscópica infravermelha da Galáxia nos hemisférios norte e sul (APOGEE-2 ), e pela primeira vez usando os espectrógrafos Sloan para fazer mapas espacialmente resolvidos de galáxias individuais (MaNGA).

Experimento de Evolução Galáctica APO (APOGEE-2)

Um levantamento estelar da Via Láctea, com dois componentes principais: um levantamento do norte usando o tempo brilhante na APO, e um levantamento do sul usando o telescópio du Pont de 2,5 m em Las Campanas.

Pesquisa Espectroscópica de Oscilação Bariônica estendida (eBOSS)

Um levantamento cosmológico de quasares e galáxias, englobando também subprogramas para levantamento de objetos variáveis ​​(TDSS) e fontes de raios-X (SPIDERS).

Mapeando galáxias próximas em APO (MaNGA)

Uma representação gráfica simplificada de um pacote de 7 fibras. MaNGA mede 17 galáxias por vez, usando feixes de 19, 37, 61, 91 e 127 fibras.

MaNGA (Mapeando Galáxias Próximas no Observatório Apache Point ), explorou a estrutura interna detalhada de quase 10.000 galáxias próximas de 2014 até a primavera de 2020. Pesquisas anteriores do SDSS permitiam apenas que espectros fossem observados do centro das galáxias. Ao usar matrizes bidimensionais de fibras ópticas agrupadas em uma forma hexagonal, MaNGA foi capaz de usar espectroscopia espacialmente resolvida para construir mapas das áreas dentro das galáxias, permitindo uma análise mais profunda de sua estrutura, como velocidades radiais e regiões de formação de estrelas .

SDSS-V: 2020 - atual

O Observatório Apache Point no Novo México começou a coletar dados para o SDSS-V em outubro de 2020. O Apache Point está programado para ser convertido em meados de 2021 de placas de encaixe (placas de alumínio com orifícios colocados manualmente para que a luz das estrelas brilhe) em pequenos robôs automatizados armas, com o Observatório Las Campanas no Chile, seguindo no final do ano. A pesquisa do Mapeador da Via Láctea terá como alvo os espectros de seis milhões de estrelas. A pesquisa Black Hole Mapper terá como alvo galáxias para analisar indiretamente seus buracos negros supermassivos. O Mapeador de Volume Local terá como alvo galáxias próximas para analisar suas nuvens de gás interestelar.

Acesso de dados

LRG-4-606 é uma galáxia vermelha luminosa . LRG é a sigla dada a um catálogo de galáxias vermelhas brilhantes encontradas no SDSS.

A pesquisa disponibiliza a divulgação dos dados na Internet. O SkyServer fornece uma variedade de interfaces para um Microsoft SQL Server subjacente . Os espectros e as imagens estão disponíveis dessa forma, e as interfaces são muito fáceis de usar para que, por exemplo, uma imagem colorida de qualquer região do céu coberta por um lançamento de dados do SDSS possa ser obtida apenas fornecendo as coordenadas. Os dados estão disponíveis apenas para uso não comercial, sem permissão por escrito. O SkyServer também oferece uma variedade de tutoriais direcionados a todos, desde crianças em idade escolar até astrônomos profissionais. O décimo maior lançamento de dados, DR10, lançado em julho de 2013, fornece imagens, catálogos de imagens, espectros e redshifts por meio de uma variedade de interfaces de pesquisa.

Os dados brutos (antes de serem processados ​​em bancos de dados de objetos) também estão disponíveis por meio de outro servidor da Internet e são experimentados pela primeira vez como um 'fly-through' por meio do programa NASA World Wind .

O Sky no Google Earth inclui dados do SDSS, para as regiões onde tais dados estão disponíveis. Existem também plug-ins KML para camadas de fotometria e espectroscopia SDSS, permitindo acesso direto aos dados do SkyServer de dentro do Google Sky.

Os dados também estão disponíveis no Hayden Planetarium com um visualizador 3D.

Há também a lista cada vez maior de dados para a região Stripe 82 do SDSS.

Seguindo a contribuição do Technical Fellow Jim Gray em nome da Microsoft Research com o projeto SkyServer, o WorldWide Telescope da Microsoft usa SDSS e outras fontes de dados.

MilkyWay @ home também usou dados do SDSS para criar um modelo tridimensional altamente preciso da galáxia da Via Láctea.

Resultados

Junto com as publicações que descrevem a pesquisa em si, os dados do SDSS foram usados ​​em publicações sobre uma grande variedade de tópicos astronômicos. O site do SDSS tem uma lista completa dessas publicações cobrindo quasares distantes nos limites do universo observável, a distribuição de galáxias, as propriedades das estrelas em nossa própria galáxia e também assuntos como matéria escura e energia escura no universo.

Mapas

Com base no lançamento do Data Release 9, um novo mapa 3D de galáxias massivas e buracos negros distantes foi publicado em 8 de agosto de 2012.

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Ann K. Finkbeiner. Uma coisa grandiosa e ousada: um novo mapa extraordinário do universo inaugurando uma nova era de descobertas (2010), uma história jornalística do projeto

links externos