斯隆数字化巡天的新疆界

作者:Jordan Raddick 翻译:Qingqing Mao

建立在14年的非凡发现的基础之上,斯隆数字化巡天(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)已经进入了一个新阶段,包括了三个全新的巡天项目。新增的观测能力将把我们对宇宙的探索和普查扩展到一个前所未有的领域。

全新的光谱设备,展示了从同一个星系的不同部位采集的两条光谱。


利用全新的光纤束技术,新SDSS将会对同一个星系的多个部位采集光谱。左边展示的是斯隆基金会的望远镜,以及光纤束顶端的特写。右下展示了单根光纤如何对应观测星系的不同部位。图中星系(图像来自于哈勃太空望远镜)显示的是SDSS的新设备所测量的第一个星系。右上展示了其中的两根光纤从这个星系的两个不同部位所采集到的数据,可以看出星系的中心和边缘的光谱有着显著的区别。
Credit: David Law, SDSS Collaboration and Dana Berry / SkyWorks Digital Inc.
Hubble Space Telescope image credit: NASA, ESA, the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University)

全新的SDSS将包括:

  • 结合位于智利的一台望远镜和已有的斯隆基金会望远镜,以前所未有的精确度来探索银河系中的恒星的成分和运动。
  • 全新的光纤束技术可以同时采集一个星系不同部位的光谱,以此来测绘数千个邻近星系的内部结构,确定他们在数十亿年的历史中如何成长和演化。
  • 观测一组全新的星系和类星体,测量一段关键时期的宇宙膨胀历史——暗能量开始逐步主导宇宙膨胀的50亿年时间,我们之前对此知之甚少。

新的巡天由来自四大洲40多个科研单位的超过200位天文学家合作进行,同时结合了位于南北半球的两台望远镜。依靠这两台望远镜,SDSS将可以首次观测整个天区。

“在过去的14年间,很多人已经使用SDSS数据做出了大量的新发现,革新了天文学的面貌。”新巡天项目的主任,纽约大学的Michael Blanton说。“我们已经测绘了宇宙的大尺度结构,寻觅到了银河系中之前未知的结构。从太阳系中的小行星到最遥远的类星体,我们都做出了出乎意料的发现。

新阶段的SDSS将会提供给我们一个全新的巨大的观测数据库,这将显著扩大我们对宇宙的认识——从我们的银河系直到遥远的宇宙。在银河系中,新SDSS将会观测数十万的恒星,既包括银河系诞生初期就已形成的恒星,又会有最近数百万年间新形成的恒星(数百万年在宇宙尺度上就像是昨天)。测量这些恒星的组分、位置和运动将揭示银河系的演化历史。

两台望远镜在地球上的位置,以及它们分别能观测到的银河系的不同部分。

结合位于阿帕奇波因特天文台的斯隆基金会望远镜以及位于智利拉斯坎帕纳斯天文台的杜邦望远镜,SDSS-IV将会扩大其观测范围。由于地球自转轴方向和银河系银盘有着相对夹角,北半球可以观测到的银河系部分(图中蓝色区域)和南半球可以观测到的部分(图中绿色部分)有着显著不同,南半球更适合观测银河系的中心区域。图中内嵌的球形区域显示的是巡天所能达到的距离范围,实际距离取决于观测策略、恒星密度分布以及视向上的尘埃分布。一些观测只能达到最内的球形区域,而最深的观测将会拓展到最外部的球形区域,包括邻近的矮星系。图中下方可以看到我们的近邻大小麦哲伦星系。
Credit: SDSS collaboration and Dana Berry / SkyWorks Digital Inc.

“在过去的14年间,SDSS已经观测了超过50万颗的银河系恒星,这是一个很好的开端。”新SDSS的科学发言人,俄亥俄州立大学的Jennifer Johnson说。“然而在北半球,银河系有四分之一无法被观测到,且银河系的中心也很难看清。所以说SDSS还未能观测到银河系的很多区域。”

新阶段将会得到银河系的全貌。除了位于新墨西哥州的斯隆基金会2.5米望远镜,SDSS还会使用位于拉斯坎帕纳斯天文台的2.5米杜邦望远镜,那里位于智利的安第斯山脉,有着地球上最清澈的天空。杜邦望远镜不仅会完成对银河系的全面研究,还会观测邻近的大小麦哲伦星系中的恒星,使得天文学家更好地了解银河系的最邻近区域。

为了充分利用SDSS提供的科研良机,多所智利大学组成了“智利工作组”,将成为SDSS合作团队的一员。“我们很高兴能成为新SDSS的一员,我们期待能积极参与到这个独特的宇宙探索项目中来。”智利工作组执行委员会的主席,康塞普西翁大学的天文学教授Doug Geisler说。

银河系可不是新SDSS唯一的重头戏。新巡天将会使用创新的技术来详细探查成千上万的邻近星系。不同于大部分早先的天文巡天只探测其它星系的中心部分,新SDSS将会测量来自星系不同部位的光。使之成为可能的是一种把一组光纤紧密排列并束缚到一起的新技术。这些光纤阵列能同时采集到横跨整个星系范围的光,使我们能对超过10000个邻近星系进行细致的光谱测量,收集数据的速度要比早先的巡天快20倍(早先大部分巡天一次只能测量一个星系)。

“我们的目标是理解当前星系的’生命周期’:它们孕育和组合时留下的线索,它们藉由恒星形成以及并合的成长过程,直到它们最终结束恒星形成后的渐暗过程。”新SDSS的项目科学家Matt Bershady说。

此外,新SDSS将继续增进我们对宇宙整体的理解。它将精确测量宇宙80%的时间历程中的膨胀过程,回溯到宇宙年龄小于30亿年的时期。这些新的细致测量将会增进我们对暗能量本质的了解,暗能量是现代物理学中最神秘的实验观测结果。

从大爆炸到今天的宇宙(局部),图中标注了新SDSS将会探测的区域。

早前,SDSS已经绘制了数十亿光年范围的宇宙地图,主要集中在大爆炸后70亿年至现在,以及大爆炸后20亿年至30亿年间的范围。SDSS-IV将把重点放在探测大爆炸后30亿年至70亿年之间的星系和类星体,这一时期是暗能量开始成为推动宇宙膨胀的主导力量的关键时期。
Credit: SDSS collaboration and Dana Berry / SkyWorks Digital Inc.
WMAP cosmic microwave background image credit: NASA/WMAP Science Team

新的宇宙学测量将包括迄今最大最完整的三维类星体分布图,这将使我们能以前所未有的精度来测量宇宙膨胀的历程。新SDSS中的其它项目将会跟踪一些由其它X射线巡天所发现的星系,并进行首个系统性的针对光变天体的光谱研究,天文学家可以利用这一重要资源来确定早先巡天中所发现的多种随时间变化的光源的本质。

依靠新开发的强大仪器设备、南半球的新阵地,以及斯隆基金会持续的慷慨支持,作为全球最多产的天文设施之一SDSS将保持其地位。来自SDSS的科学成果将会继续重塑我们对宇宙、星系和银河系的基本认识。


其它:夜晚的SDSS

SDSS夜间观测延时摄影视频。更换光纤观测盒,打开顶棚,日落,夜间观测——来看看位于新墨西哥阿帕奇波因特天文台的斯隆基金2.5米望远镜。在夜间,约每一小时观测员都需要更换装载光纤的观测盒来观测一组新的恒星或星系。每个观测盒里有数百根的光纤插在一块打满小孔的铝制圆板上。每根光纤都对应着一颗恒星或一个星系。月出之前是“暗时”观测,而“亮时”指的是近乎满月时的观测时间。视频结尾处渐亮的天空是月出而不是日出!背景中橘黄色的光来自于德克萨斯的艾尔帕索市,位于望远镜南方约90英里(145公里)处。在更换观测盒前后,望远镜内部短暂闪亮的各色光线是用于校准仪器的。我们用不同的光源来检测仪器设备以保证各个部分工作正常,并可以将观测数据和已知的标准做比较。
Credit: John Parejko (Yale University) and the SDSS collaboration

联系人:
Michael Blanton, New York University, michael.blanton@nyu.edu, 1-212-998-7770
Matthew Bershady, University of Wisconsin, mab@astro.wisc.edu, 1-608-265-3392
Jennifer Johnson, The Ohio State University, johnson.3064@osu.edu, 1-614-292-5651
Douglas Geisler, Universidad de Concepción, Chile, dgeisler@astro-udec.cl, +56 41 220 3092
Jordan Raddick, SDSS Press Officer, raddick@jhu.edu, 1-410-516-8889

【这是SDSS-IV的首个新闻稿,原刊于SDSS.org。】

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