DESI发布迄今为止最大的宇宙3D地图

DESI数据的这一部分描绘了从地球（中心）到数十亿光年外的天体。这些天体包括附近的明亮星系（黄色）、明亮的红色星系（橙色）、发射线星系（蓝色）和类星体（绿色）。宇宙的大尺度结构在插图中可见，插图显示了最密集的调查区域，占DESI调查总体积的不到0.1%。图片来源：uux.cn/Claire Lamman/DESI合作

（神秘的地球uux.cn）据劳伦斯伯克利国家实验室（Elizabeth Ball和Lauren Biron）：暗能量光谱仪（DESI）正在绘制数百万个天体的地图，以更好地了解暗能量——我们宇宙加速膨胀的神秘驱动力。今天，DESI合作发布了一个新的数据集，供世界各地的任何人调查。

该数据集是同类数据集中最大的，包含1870万个物体的信息：大约400万颗恒星、1310万个星系和160万个类星体（由核心超大质量黑洞驱动的极其明亮但遥远的物体）。

虽然该实验的主要任务是照亮暗能量，但DESI的数据发布1（DR1）可能会在天体物理学的其他领域产生发现，如星系和黑洞的演化、暗物质的性质和银河系的结构。

“DR1已经给了DESI合作的暗示，我们可能需要重新思考我们的宇宙学标准模型，”领导DESI数据管理的科学家Stephen Bailey说，他在美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）工作。“但这些世界级的数据集对天文学界的其他人来说也很有价值，可以测试大量其他想法，我们很高兴看到将出现的研究范围。”

DESI是一项国际实验，汇集了来自70多个机构的900多名研究人员。该项目由伯克利实验室领导。DESI安装在亚利桑那州基特峰国家天文台（NSF NOIRLab的一个项目）的美国国家科学基金会尼古拉斯·U·马亚尔4米望远镜上。

DESI的数据发布是免费的，可以通过国家能源研究科学计算中心（NERSC）访问，NERSC是伯克利实验室的一个设施，DESI在这里处理和存储数据。太空爱好者还可以通过一个交互式门户网站探索DESI的一些数据：Legacy Survey Sky Browser。

新的数据集极大地扩展了DESI的早期数据发布（EDR），包含大约10倍的数据，覆盖了7倍的天空面积。DR1包括2021年5月至2022年6月期间收集的“主要调查”第一年的信息，以及研究人员测试实验的前五个月“调查验证”的信息。

DESI目录中的天体范围从我们银河系中的附近恒星到数十亿光年外的星系。由于光传播到地球需要时间，因此在太空中向外看就像在时间中回头看。DESI让我们看到了从现在到110亿年前的不同年龄的宇宙。

尽管DR1只是DESI最终产生的一小部分，但270 TB的数据集代表了惊人的信息量，包括到数百万个星系的精确距离。该释放物包含的河外天体（在我们银河系外发现的天体）是之前所有3D调查中收集到的天体总数的两倍多。

DESI从银河系下方的Mayall望远镜观测天空。来源：uux.cn/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R.T.Sparks

在其运营的第一年内，DESI成为有史以来最大的光谱红移调查，有时在一个月内捕获了100多万个物体的数据。为了进行比较，其前身斯隆数字巡天（SDSS）在大约25年的运行中收集了900万个独特物体的光线。2024年，DESI研究人员使用DR1中的数据创建了迄今为止最大的宇宙3D地图，并对暗能量进行了世界领先的测量。

“DESI项目保持了每十年制作10倍大的宇宙3D地图的速度，”伯克利实验室DESI和SDSS的首席科学家之一David Schlegel说。“这是我们为宇宙学调查制定的摩尔定律。这一快速进展得益于改进的仪器设计、技术和对越来越暗的星系的分析的巧妙结合。”

与超过100000名依赖Phys.org获取日常见解的订阅者一起探索科学、技术和太空的最新进展。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展。

DESI通过使用5000个光纤“眼睛”收集来自遥远星系的光。在清晰的观测条件下，该仪器大约每20分钟可以收集到5000个新的物体，即一个晚上可以收集到100000多个星系。锡耶纳学院物理学教授、DR1的联合负责人John Moustakas说：“DESI在同时观察独立物体的能力方面不同于其他任何机器。”

DESI所在的Mayall望远镜上的星迹。来源：uux.cn/Luke Tyas/伯克利实验室和KPNO/NOIRLab/NSF/AURA

该仪器将每个星系的光分离成其光谱。这使研究人员能够确定宇宙膨胀使光“红移”或向光谱的红端拉伸的程度。测量来自遥远物体的光的红移告诉科学家它有多远，这意味着DESI可以在三维绘制宇宙图，并重建宇宙成长的详细历史。

每天晚上，DESI拍摄的图像都会自动传输到NERSC的超级计算机。该设施分析数据并将其发送回研究人员——他们很自豪地将这一过程宣传为“早餐前红移”。这种数据传输是通过美国能源部专门的高速科学网络ESnet进行的。

该方法代表了一种新的研究方式，其中实验设施和数据分析紧密耦合。这个生态系统形成了一个综合的研究基础设施，大大加快了科学的步伐。

“对于这次数据发布，我们让DESI可以在我们最先进的超级计算机Perlmutter上运行，”NERSC的科学数据架构师Daniel Margala说，他是支持DESI数据处理团队的一员。向Perlmutter的过渡使研究人员能够利用超级计算机强大的GPU（图形处理单元），处理数据的速度比以前的NERSC系统快近40倍。“在Cori（上一代超级计算机）上需要几个月的时间，在Perlmutter上只需要几周的时间。”

尽管研究人员每天晚上都在分析数据，但他们总是在改进他们的代码，以便从他们收集的光线中获得尽可能多的信息。一旦他们达到一个里程碑，比如收集一年的数据，他们就会用最好的代码版本重新处理整个数据集。在Perlmutter上处理DR1数据集大约需要一个月的时间。

暗能量光谱仪通过收集数百万星系和类星体的光谱来绘制宇宙地图。来源：uux.cn/Marilyn Sargent/伯克利实验室

电子维护主管Bob Stupak（左）和机械工程经理Matthew Evatt在DESI的光谱仪室内工作。来源：uux.cn/Marilyn Sargent/伯克利实验室

随着DESI收集更多的数据，这种速度将非常重要。该项目目前正处于五年数据收集的第四个阶段，旨在结束前记录5000多万个星系和类星体的光谱。

DESI的合作者希望该实验的数据将使研究人员受益，并使那些无法使用大型望远镜的人能够推进他们的工作。数据发布的一个主要组成部分是文件，以支持其他科学家，甚至是那些不熟悉该项目的科学家，了解其内容。

伯克利实验室的项目科学家Anthony Kremin表示：“我们仍在探索利用这个数据集可以做的所有事情，我们希望社区能够尝试他们所有的创意。”他共同领导了新数据发布的处理工作。“当你将我们的数据与外部信息结合起来时，你可以做无数种有趣的科学。”

DESI DR1论文可在DESI数据网站上获得，并将发布在在线存储库arXiv上。讨论数据发布的视频可在DESI YouTube频道上观看。今天，在加利福尼亚州阿纳海姆举行的美国物理学会全球物理峰会上，合作成员在演讲中介绍了数据发布以及DESI最新的暗能量分析（使用了三年的数据）。