DESI开放迄今最大的宇宙3D地图访问权限
主要内容
- 暗能量光谱仪器合作项目（Dark Energy Spectroscopic Instrument collaboration, DESI）公开发布了其主要调查的前13个月的数据——这是一笔宝贵的财富，将帮助其他研究人员调查天体物理学中的重大问题。
- 虽然DESI的Data Release 1仅占实验将捕获数据的一小部分，但这个270TB的数据集包含了大量信息，包括数百万个星系的精确距离。
- DESI的数据发布包含的银河系外独立天体数量是之前所有3D光谱调查的总和的两倍以上。
暗能量光谱仪器（DESI）正在绘制数百万个天体，以更好地理解暗能量：我们宇宙加速膨胀的神秘驱动力。今天，DESI合作项目发布了一个新的数据集合，供世界上的任何人进行调查。该数据集是同类数据集中最大的，包含1870万个天体的信息：约400万颗恒星、1310万个星系和160万个类星体（极其明亮但遥远的天体，由其核心的超大质量黑洞提供能量）。
虽然该实验的主要任务是阐明暗能量，但DESI’s Data Release 1 (DR1) 可能会在天体物理学的其他领域产生发现，例如星系和黑洞的演化、暗物质的本质以及银河系的结构。
“DR1 已经给 DESI 合作项目提供了暗示，我们可能需要重新思考我们的标准宇宙学模型，” Stephen Bailey 说，他是一位负责 DESI 数据管理的科学家，并在美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室 (Berkeley Lab) 工作。“但这些世界级数据集对于天文学界的其他成员来说，也很有价值，可以用来测试大量的其他想法，我们很高兴看到由此产生的广泛研究。”
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 Berkeley Lab 领导，该仪器的建造和运行由 DOE Office of Science 资助。DESI 安装在美国国家科学基金会（U.S. National Science Foundation）位于亚利桑那州 Kitt Peak National Observatory（NSF NOIRLab 的一个项目）的 Nicholas U. Mayall 4 米望远镜上。
DESI的数据发布是免费且可访问的，通过National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC)，这是 Berkeley Lab 的一个设施，DESI 在这里处理和存储数据。太空迷还可以通过一个互动门户探索 DESI 的一些数据：Legacy Survey Sky Browser。
新的数据集大大扩展了 DESI’s Early Data Release (EDR)，包含大约 10 倍的数据，覆盖了 7 倍的天空区域。DR1 包括 2021 年 5 月至 2022 年 6 月收集的“主要调查”第一年的信息，以及之前的五个月“调查验证”的信息，研究人员在其中测试了实验。
DESI目录中的物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类似于及时倒流。DESI 让我们看到不同年龄段的宇宙，从今天到现在到 110 亿年前。
虽然 DR1 只是 DESI 最终将产生的成果的一小部分，但这个 270TB 的数据集代表了惊人的信息量，包括数百万个星系的精确距离。该版本包含的河外物体（在我们星系外发现的物体）是之前所有 3D 调查收集的总和的两倍以上。
在运营的第一年，DESI 成为有史以来规模最大的光谱红移调查，有时在一个月内捕获超过 100 万个物体的数据。相比之下，它的前身斯隆数字巡天 (Sloan Digital Sky Survey, SDSS) 在大约 25 年的运营中收集了 900 万个独特物体的光。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 项目保持了每十年将宇宙 3D 地图扩大 10 倍的速度，”Berkeley Lab 的 DESI 和 SDSS 的首席科学家之一 David Schlegel 说。“这是我们宇宙学调查的摩尔定律版本。快速进步得益于改进的仪器设计、技术和对越来越微弱的星系的分析的巧妙结合。”
面向大众的大规模科学
DESI 通过使用 5,000 个光纤“眼睛”从遥远的星系收集光。在晴朗的观测条件下，该仪器大约每 20 分钟可以收集一组新的 5,000 个物体，或者一个晚上可以收集超过 100,000 个星系。“就其同时观察独立物体的能力而言，DESI 与任何其他机器都不同，”锡耶纳学院物理学教授兼 DR1 的共同负责人 John Moustakas 说。
该仪器将来自每个星系的光分成其颜色光谱。这让研究人员可以确定有多少光被宇宙膨胀“红移”或拉伸到光谱的红色端。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 可以在三个维度上绘制宇宙地图，并重建宇宙增长的详细历史。
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它们发回给研究人员——他们很自豪地宣传这个过程为“早餐前的红移”。这种数据传输通过 ESnet 进行，ESnet 是 DOE 专用的科学高速网络。这种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结合。这个生态系统形成了一个集成的研究基础设施，极大地加快了科学的步伐。
“对于这个数据发布，我们使 DESI 能够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，也是支持 DESI 数据处理的团队成员 Daniel Margala 说。向 Perlmutter 的过渡让研究人员可以利用超级计算机强大的 GPU（图形处理单元），以比以前的 NERSC 系统快近 40 倍的速度处理数据。“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。”
即使他们每天晚上都分析数据，研究人员总是在改进他们的代码，以从他们收集的光中获得尽可能多的信息。一旦他们达到一个里程碑，比如收集了一年的数据，他们就会使用最佳版本的代码重新处理完整的数据集。在 Perlmutter 上处理 DR1 数据集大约需要一个月的时间。
随着 DESI 收集更多数据，这种速度将非常重要。该项目目前处于五年数据收集中的第四年，旨在在结束前记录超过 5000 万个星系和类星体的光谱。
DESI 内部的合作者希望该实验的数据能够使研究人员受益，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支持其他科学家（即使是不熟悉该项目的人）理解其内容的文档。
“我们仍在发现您可以使用此数据集所做的一切，我们希望社区能够尝试所有他们的创造性想法，”Berkeley Lab 的项目科学家 Anthony Kremin 说，他共同领导了新数据版本的处理。“当您将我们的数据与外部信息结合起来时，您可以做无数种有趣的科学研究。”
DESI DR1 论文可在 DESI Data website 上找到，并将发布在在线存储库 arXiv 上。有关数据发布的视频可在 DESI YouTube channel 上找到。合作项目的成员在今天于加利福尼亚州阿纳海姆举行的 American Physical Society’s Global Physics Summit 上发表的演讲中展示了数据发布以及 DESI’s newest dark energy analysis（使用三年数据）。
DESI 得到 DOE Office of Science 和 National Energy Research Scientific Computing Center 的支持，National Energy Research Scientific Computing Center 是 DOE Office of Science 的国家用户设施。美国国家科学基金会；英国科学技术设施委员会；Gordon and Betty Moore Foundation；Heising-Simons Foundation；法国替代能源和原子能委员会 (CEA)；墨西哥国家人文、科学和技术委员会；西班牙科学和创新部以及 DESI 成员机构为 DESI 提供额外支持。
DESI 合作项目很荣幸被允许在 I’oligam Du’ag (Kitt Peak) 上进行科学研究，这座山对托奥诺奥丹民族具有特殊的意义。
Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) 致力于以发现科学和丰富可靠的能源供应解决方案为重点的开创性研究。该实验室的专业知识涵盖材料、化学、物理、生物学、地球和环境科学、数学和计算。来自世界各地的研究人员依靠该实验室的世界一流科学设施进行自己的开创性研究。Berkeley Lab 成立于 1931 年，其信念是最大的问题最好由团队解决，Berkeley Lab 及其科学家已获得 16 项诺贝尔奖。Berkeley Lab 是一个多项目国家实验室，由加利福尼亚大学为美国能源部科学办公室管理。
DOE’s Office of Science 是美国物理科学基础研究的最大支持者，并且正在努力解决我们这个时代一些最紧迫的挑战。如需更多信息，请访问 energy.gov/science。
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