Sloan Digital Sky Survey - Sloan Digital Sky Survey

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Sloan Digital Sky Survey
Nomi alternativi SDSS
Tipo di sondaggio rilievo astronomico  Modifica questo su Wikidata
Prende il nome Fondazione Alfred P. Sloan  Modifica questo su Wikidata
Codice dell'Osservatorio 645
Osservazioni Osservatorio di Apache Point  Modifica questo su Wikidata
Gruppo musicale spettro visibile , infrarosso , ultravioletto  Modifica questo su Wikidata
Sito web www .sdss .org
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Lo Sloan Digital Sky Survey o SDSS è un'importante indagine di imaging multispettrale e redshift spettroscopico che utilizza un telescopio ottico grandangolare da 2,5 m dedicato presso l' Apache Point Observatory nel New Mexico, negli Stati Uniti. Il progetto prende il nome dalla Alfred P. Sloan Foundation , che ha contribuito con finanziamenti significativi.

Istituzione

È stato istituito un consorzio dell'Università di Washington e dell'Università di Princeton per condurre un'indagine sul redshift. L'Astrophysical Research Consortium (ARC) è stato istituito con la partecipazione aggiuntiva della New Mexico State University e della Washington State University per gestire le attività ad Apache Point. Nel 1991 la Sloan Foundation ha concesso il finanziamento ARC per gli sforzi di rilevamento e la costruzione di attrezzature per eseguire i lavori.

Operazione

La raccolta dei dati è iniziata nel 2000; il rilascio dei dati di imaging finale (DR9) copre oltre il 35% del cielo, con osservazioni fotometriche di circa 1 miliardo di oggetti, mentre l'indagine continua ad acquisire spettri , avendo finora acquisito spettri di oltre 4 milioni di oggetti. Il campione di galassia principale ha un redshift mediano di z  = 0,1; ci sono spostamenti verso il rosso per le galassie rosse luminose fino a z  = 0,7 e per le quasar fino a z  = 5; e l'indagine di imaging è stata coinvolta nella rilevazione di quasar oltre un redshift z  = 6.

Data release 8 (DR8), rilasciata nel gennaio 2011, include tutte le osservazioni fotometriche effettuate con la fotocamera SDSS, coprendo 14.555 gradi quadrati nel cielo (poco più del 35% dell'intero cielo). Data release 9 (DR9), rilasciata al pubblico il 31 luglio 2012, include i primi risultati del Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), inclusi oltre 800.000 nuovi spettri. Oltre 500.000 dei nuovi spettri sono di oggetti nell'Universo 7 miliardi di anni fa (circa la metà dell'età dell'universo). Data release 10 (DR10), rilasciata al pubblico il 31 luglio 2013, include tutti i dati delle versioni precedenti, più i primi risultati dell'APO Galactic Evolution Experiment (APOGEE) , inclusi oltre 57.000 spettri infrarossi ad alta risoluzione di stelle nel Milky Modo. DR10 include anche oltre 670.000 nuovi spettri BOSS di galassie e quasar nell'universo distante. Le immagini disponibili pubblicamente dal sondaggio sono state realizzate tra il 1998 e il 2009.

Nel luglio 2020, dopo un sondaggio di 20 anni, gli astrofisici dello Sloan Digital Sky Survey hanno pubblicato la più grande e dettagliata mappa 3D dell'universo finora , colmato un vuoto di 11 miliardi di anni nella sua storia di espansione e fornito dati che sostiene la teoria di una geometria piatta dell'universo e conferma che diverse regioni sembrano espandersi a velocità diverse .

Osservazioni

SDSS utilizza un telescopio ottico grandangolare dedicato da 2,5 m; dal 1998 al 2009 ha osservato sia in modalità imaging che spettroscopica. La fotocamera per immagini è stata ritirata alla fine del 2009, da allora il telescopio ha osservato interamente in modalità spettroscopica.

Le immagini sono state scattate utilizzando un sistema fotometrico di cinque filtri (denominati u , g , r , i e z ). Queste immagini vengono elaborate per produrre elenchi di oggetti osservati e vari parametri, ad esempio se sembrano puntiformi o estesi (come potrebbe fare una galassia) e come la luminosità sui CCD è correlata a vari tipi di magnitudine astronomica .

Per le osservazioni di immagini, il telescopio SDSS ha utilizzato la tecnica di scansione della deriva , ma con variazioni coreografiche di ascensione retta , declinazione , velocità di tracciamento e rotazione dell'immagine che consente al telescopio di tracciare grandi cerchi e registrare continuamente piccole strisce di cielo. L'immagine delle stelle nel piano focale si sposta lungo il chip CCD e la carica viene spostata elettronicamente lungo i rivelatori esattamente alla stessa velocità, invece di rimanere fissa come nei telescopi tracciati. (Il semplice parcheggio del telescopio mentre il cielo si muove è utilizzabile solo sull'equatore celeste , poiché le stelle a diversa declinazione si muovono a velocità apparenti diverse). Questo metodo consente un'astrometria coerente sul campo più ampio possibile e riduce al minimo le spese generali dovute alla lettura dei rilevatori. Lo svantaggio sono minori effetti di distorsione.

La telecamera di imaging del telescopio è composta da 30 chip CCD, ciascuno con una risoluzione di 2048 × 2048 pixel , per un totale di circa 120 megapixel . I chip sono disposti in 5 file di 6 chip. Ogni riga ha un filtro ottico diverso con lunghezze d'onda medie di 355,1, 468,6, 616,5, 748,1 e 893,1 nm , con una completezza del 95% nel tipico seeing fino a magnitudini di 22,0, 22,2, 22,2, 21,3 e 20,5, per u , g , r , i , z rispettivamente. I filtri vengono posizionati sulla fotocamera nell'ordine r , i , u , z , g . Per ridurre il rumore, la telecamera viene raffreddata a 190 kelvin (circa −80 ° C) mediante azoto liquido .

Utilizzando questi dati fotometrici, anche stelle, galassie e quasar vengono selezionati per la spettroscopia . Lo spettrografo funziona alimentando una singola fibra ottica per ciascun target attraverso un foro praticato in una piastra di alluminio. Ogni foro è posizionato specificamente per un target selezionato, quindi ogni campo in cui devono essere acquisiti gli spettri richiede una piastra unica. Lo spettrografo originale collegato al telescopio era in grado di registrare 640 spettri contemporaneamente, mentre lo spettrografo aggiornato per SDSS III può registrare 1000 spettri contemporaneamente. Nel corso di ogni notte, vengono generalmente utilizzate tra le sei e le nove lastre per la registrazione degli spettri. In modalità spettroscopica, il telescopio segue il cielo nel modo standard, mantenendo gli oggetti focalizzati sulle punte delle fibre corrispondenti.

Ogni notte il telescopio produce circa 200 GB di dati.

Cartuccia per spettroscopio SDSS
Lastra di alluminio da vicino che mostra le fibre ottiche

Fasi

Quasar che agiscono come lenti gravitazionali. Per trovare questi casi di combinazioni galassia-quasar che agiscono come lenti, gli astronomi hanno selezionato 23.000 spettri quasar dall'SDSS.

SDSS-I: 2000-2005

Durante la sua prima fase operativa, 2000-2005, l'SDSS ha ripreso più di 8.000 gradi quadrati del cielo in cinque bande ottiche e ha ottenuto spettri di galassie e quasar selezionati da 5.700 gradi quadrati di tale immagine. Ha anche ottenuto immagini ripetute (circa 30 scansioni) di una striscia di 300 gradi quadrati nella calotta galattica meridionale.

SDSS-II: 2005-2008

Nel 2005 l'indagine è entrata in una nuova fase, l' SDSS-II , estendendo le osservazioni per esplorare la struttura e la composizione stellare della Via Lattea , il SEGUE e lo Sloan Supernova Survey, che osserva gli eventi della supernova Ia per misurare le distanze a lungo oggetti.

Sloan Legacy Survey

Lo Sloan Legacy Survey copre oltre 7.500 gradi quadrati della calotta galattica settentrionale con dati di quasi 2 milioni di oggetti e spettri di oltre 800.000 galassie e 100.000 quasar. L'informazione sulla posizione e la distanza degli oggetti ha permesso di indagare per la prima volta la struttura su larga scala dell'Universo, con i suoi vuoti e filamenti. Quasi tutti questi dati sono stati ottenuti in SDSS-I, ma una piccola parte dell'impronta è stata completata in SDSS-II.

Estensione Sloan per la comprensione e l'esplorazione galattica (SEGUE)

L'estensione Sloan per la comprensione e l'esplorazione galattica ha ottenuto spettri di 240.000 stelle (con una velocità radiale tipica di 10 km / s) al fine di creare una mappa tridimensionale dettagliata della Via Lattea. I dati SEGUE forniscono prove dell'età, della composizione e della distribuzione spaziale delle fasi delle stelle all'interno delle varie componenti galattiche, fornendo indizi cruciali per comprendere la struttura, la formazione e l'evoluzione della nostra galassia .

Gli spettri stellari, i dati di imaging e i cataloghi dei parametri derivati ​​per questo sondaggio sono disponibili al pubblico come parte di SDSS Data Release 7 (DR7).

Sloan Supernova Survey

La SDSS Supernova Survey, che si è svolta dal 2005 al 2008, ha eseguito immagini ripetute di una striscia di cielo di 2,5 ° di larghezza centrata sull'equatore celeste, passando da 20 ore di ascensione retta a 4 ore di AR in modo che fosse nella calotta galattica meridionale (vedere Draft: Galactic cap) e non ha sofferto di estinzione galattica . Il progetto ha scoperto più di 500 supernove di tipo Ia, in esecuzione fino alla fine dell'anno 2007, il Supernova Survey ha cercato supernove di tipo Ia . Il sondaggio ha scansionato rapidamente un'area di 300 gradi quadrati per rilevare oggetti variabili e supernove. Ha rilevato 130 eventi di supernovae Ia confermati nel 2005 e altri 197 nel 2006. Nel 2014 è stato rilasciato un catalogo ancora più ampio contenente 10.258 sorgenti variabili e transitorie. Di queste, 4.607 fonti sono confermate o probabili supernove, il che rende questo il più grande insieme di supernove finora compilato.

SDSS III: 2008–2014

A metà del 2008 è stato avviato SDSS-III. Comprendeva quattro indagini separate:

APO Galactic Evolution Experiment (APOGEE)

L'APO Galactic Evolution Experiment (APOGEE) ha utilizzato la spettroscopia a infrarossi ad alta risoluzione e alto segnale-rumore per penetrare la polvere che oscura la galassia interna. APOGEE ha esaminato 100.000 stelle giganti rosse attraverso l'intera gamma del rigonfiamento galattico , della barra, del disco e dell'alone . Ha aumentato il numero di stelle osservate ad alta risoluzione spettroscopica (R ~ 20.000 a λ ~ 1,6μm) e alto rapporto segnale-rumore (S / N ~ 100) di oltre un fattore di 100. Gli spettri ad alta risoluzione hanno rivelato il abbondanze di circa 15 elementi, che danno informazioni sulla composizione delle nubi di gas da cui si sono formate le giganti rosse. APOGEE ha pianificato di raccogliere dati dal 2011 al 2014, con il primo rilascio dei dati nel luglio 2013.

Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS)

Il Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) dell'SDSS-III è stato progettato per misurare il tasso di espansione dell'Universo . Ha mappato la distribuzione spaziale delle galassie rosse luminose (LRG) e delle quasar per determinare la loro distribuzione spaziale e rilevare la scala caratteristica impressa dalle oscillazioni acustiche barioniche nell'universo primordiale. Le onde sonore che si propagano nell'universo primordiale, come la diffusione di increspature in uno stagno, imprimono una scala caratteristica sulle posizioni delle galassie l'una rispetto all'altra. È stato annunciato che BOSS aveva misurato la scala dell'universo con una precisione dell'uno percento ed è stato completato nella primavera del 2014.

Rilevamento su vasta area di esopianeti APO con velocità radiale multi-oggetto (MARVELS)

Il Multi-object APO Radial Velocity Exoplanet Large-area Survey (MARVELS) ha monitorato le velocità radiali di 11.000 stelle luminose, con la precisione e la cadenza necessarie per rilevare pianeti giganti gassosi che hanno periodi orbitali che vanno da diverse ore a due anni. Questa indagine Doppler a terra ha utilizzato il telescopio SDSS e nuovi strumenti Doppler multi-oggetto per monitorare le velocità radiali.

L'obiettivo principale del progetto era generare un campione su larga scala e statisticamente ben definito di pianeti giganti . Ha cercato pianeti gassosi con periodi orbitali che vanno da ore a 2 anni e masse comprese tra 0,5 e 10 volte quella di Giove . Un totale di 11.000 stelle sono state analizzate con 25-35 osservazioni per stella in un periodo di 18 mesi. Si prevedeva di rilevare tra 150 e 200 nuovi esopianeti ed è stato in grado di studiare sistemi rari, come pianeti con estrema eccentricità e oggetti nel " deserto della nana bruna ".

I dati raccolti sono stati utilizzati come campione statistico per il confronto teorico e la scoperta di sistemi rari. Il progetto è iniziato nell'autunno del 2008 ed è continuato fino alla primavera del 2014.

SEGUE-2

L'originale Sloan Extension for Galactic Understanding and Exploration (SEGUE-1) ha ottenuto spettri di quasi 240.000 stelle di una gamma di tipi spettrali. Basandosi su questo successo, SEGUE-2 ha osservato spettroscopicamente circa 120.000 stelle, concentrandosi sull'alone stellare in situ della Via Lattea, da distanze da 10 a 60 kpc. SEGUE-2 ha raddoppiato la dimensione del campione di SEGUE-1 .

La combinazione di SEGUE-1 e 2 ha rivelato la complessa sottostruttura cinematica e chimica dell'alone galattico e dei dischi, fornendo indizi essenziali per la storia dell'assemblaggio e dell'arricchimento della galassia. In particolare, ci si aspettava che l'alone esterno fosse dominato da eventi di accrescimento tardivo. I dati SEGUE possono aiutare a limitare i modelli esistenti per la formazione dell'alone stellare e informare la prossima generazione di simulazioni ad alta risoluzione della formazione delle galassie. Inoltre, SEGUE-1 e SEGUE-2 possono aiutare a scoprire stelle rare e chimicamente primitive che sono fossili delle prime generazioni di formazione stellare cosmica.

SDSS IV: 2014-2020

La luce proveniente da galassie lontane è stata imbrattata e distorta in strane forme, archi e strisce.

L'ultima generazione di SDSS (SDSS-IV, 2014-2020) sta estendendo misurazioni cosmologiche di precisione a una fase iniziale critica della storia cosmica (eBOSS), espandendo il suo rilevamento spettroscopico a infrarossi della Galassia negli emisferi settentrionale e meridionale (APOGEE-2 ), e per la prima volta utilizzando gli spettrografi Sloan per creare mappe spazialmente risolte di singole galassie (MaNGA).

APO Galactic Evolution Experiment (APOGEE-2)

Un'indagine stellare della Via Lattea, con due componenti principali: un'indagine settentrionale utilizzando il tempo luminoso all'APO e un'indagine meridionale utilizzando il telescopio du Pont di 2,5 m a Las Campanas.

Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS) esteso

Un'indagine cosmologica di quasar e galassie, comprendente anche sottoprogrammi per il rilevamento di oggetti variabili (TDSS) e sorgenti di raggi X (SPIDERS).

Mappatura delle galassie vicine all'APO (MaNGA)

Una rappresentazione grafica semplificata di un fascio di 7 fibre. MaNGA misura 17 galassie alla volta, utilizzando fasci di 19, 37, 61, 91 e 127 fibre.

MaNGA (Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory ), ha esplorato la struttura interna dettagliata di quasi 10.000 galassie vicine dal 2014 alla primavera del 2020. Le prime indagini SDSS consentivano solo l'osservazione degli spettri dal centro delle galassie. Utilizzando array bidimensionali di fibre ottiche raggruppate insieme in una forma esagonale, MaNGA è stato in grado di utilizzare la spettroscopia risolta spazialmente per costruire mappe delle aree all'interno delle galassie, consentendo un'analisi più approfondita della loro struttura, come velocità radiali e regioni di formazione stellare .

SDSS-V: 2020 – in corso

Apache Point Observatory nel New Mexico ha iniziato a raccogliere dati per SDSS-V nell'ottobre 2020. Apache Point dovrebbe essere convertito entro la metà del 2021 da piastre plug (piastre di alluminio con fori posizionati manualmente per far trasparire la luce delle stelle) a piccoli robot automatizzati armi, seguito dall'Osservatorio di Las Campanas in Cile nel corso dell'anno. Il sondaggio Milky Way Mapper mirerà agli spettri di sei milioni di stelle. Il sondaggio Black Hole Mapper mirerà alle galassie per analizzare indirettamente i loro buchi neri supermassicci. Il Local Volume Mapper prenderà di mira le galassie vicine per analizzare le loro nubi di gas interstellare.

Accesso ai dati

LRG-4-606 è una galassia rossa luminosa . LRG è l'acronimo dato a un catalogo di galassie rosso brillante trovate nell'SDSS.

Il sondaggio rende disponibili i rilasci di dati su Internet. Lo SkyServer fornisce una gamma di interfacce a un Microsoft SQL Server sottostante . Sia gli spettri che le immagini sono disponibili in questo modo e le interfacce sono rese molto facili da usare in modo che, ad esempio, un'immagine a colori di qualsiasi regione del cielo coperta da un rilascio di dati SDSS possa essere ottenuta semplicemente fornendo le coordinate. I dati sono disponibili solo per uso non commerciale, senza autorizzazione scritta. Lo SkyServer fornisce anche una serie di tutorial rivolti a tutti, dagli scolari fino agli astronomi professionisti. Il decimo rilascio di dati principali, DR10, rilasciato nel luglio 2013, fornisce immagini, cataloghi di immagini, spettri e spostamenti verso il rosso tramite una varietà di interfacce di ricerca.

I dati grezzi (prima di essere elaborati in database di oggetti) sono disponibili anche attraverso un altro server Internet e sono stati sperimentati per la prima volta come "fly-through" tramite il programma NASA World Wind .

Sky in Google Earth include i dati dell'SDSS, per quelle regioni in cui tali dati sono disponibili. Esistono anche plug-in KML per i livelli di fotometria e spettroscopia SDSS, che consentono l'accesso diretto ai dati SkyServer da Google Sky.

I dati sono disponibili anche su Hayden Planetarium con un visualizzatore 3D.

Esiste anche l'elenco in continua crescita di dati per la regione Stripe 82 dell'SDSS.

A seguito del contributo del Technical Fellow Jim Gray per conto di Microsoft Research con il progetto SkyServer, il WorldWide Telescope di Microsoft utilizza SDSS e altre fonti di dati.

MilkyWay @ home ha anche utilizzato i dati di SDSS per creare un modello tridimensionale estremamente accurato della galassia Via Lattea.

Risultati

Insieme alle pubblicazioni che descrivono l'indagine stessa, i dati SDSS sono stati utilizzati in pubblicazioni su una vasta gamma di argomenti astronomici. Il sito web SDSS ha un elenco completo di queste pubblicazioni che coprono quasar lontani ai limiti dell'universo osservabile, la distribuzione delle galassie, le proprietà delle stelle nella nostra galassia e anche soggetti come la materia oscura e l' energia oscura nell'universo.

Mappe

In base al rilascio di Data Release 9, l'8 agosto 2012 è stata pubblicata una nuova mappa 3D di galassie massicce e buchi neri lontani.

Guarda anche

Riferimenti

Ulteriore lettura

  • Ann K. Finkbeiner. A Grand and Bold Thing: An Extraordinary New Map of the Universe Ushering In A New Era of Discovery (2010), una storia giornalistica del progetto

link esterno