Los astrónomos apenas han arañado la superficie del mapeo de las casi infinitas estrellas y galaxias de los cielos. Usando supercomputadoras, los investigadores de la Universidad de Texas en Austin ahora han revelado las ubicaciones de más de 200,000 nuevos objetos astronómicos. Su objetivo es mapear aún más y usar ese conocimiento para predecir el destino final del universo.

El experimento de energía oscura del telescopio Hobby-Eberly (HETDEX) ha escaneado los cielos oscuros de las montañas Davis en el oeste de Texas desde 2017 con un ojo atento para capturar datos espectroscópicos sobre la luz de frecuencia Lyman-alfa de la emisión de hidrógeno neutral en galaxias de más de 10 mil millones de años luz. lejos. Estas galaxias emiten una longitud de onda de luz característica del hidrógeno que les indica a los astrónomos la intensa creación de nuevas estrellas.

La colaboración HETDEX involucra a un gran equipo que incluye astrónomos, ingenieros, técnicos y estudiantes graduados de seis instituciones académicas en los Estados Unidos y Alemania.

Por primera vez, los investigadores han catalogado objetos astronómicos: mapeando más de 51,863 galaxias emisoras de Lyman-alfa en alto desplazamiento al rojo; 123.891 galaxias en formación estelar con menor corrimiento al rojo; 5.274 galaxias sin línea de emisión con bajo corrimiento al rojo; y 4.976 núcleos galácticos activos (AGN), puntos brillantes que señalan la presencia de agujeros negros.

El artículo que describe el catálogo se publica en febrero de 2023 en The Astrophysical Journal.

« Acabamos de explotar en términos de la cantidad de corrimientos al rojo catalogados por primera vez », dijo la coautora del estudio Erin Mentuch Cooper, científica investigadora de la Universidad de Texas en Austin (UT Austin). Cooper es el administrador de datos del proyecto HETDEX.

« Hay una mina de oro de exploración astronómica en el catálogo HETDEX. Eso es lo que me encanta », dijo el coautor del estudio Karl Gebhardt, profesor de astronomía Herman y Joan Suit en la Facultad de Ciencias Naturales de UT Austin. Gebhardt es científico del proyecto e investigador principal de HETDEX.

El desplazamiento hacia el rojo de una estrella les dice a los astrónomos qué tan rápido se aleja una estrella de la Tierra porque su frecuencia, similar a su color, disminuye a medida que se aleja, como la bocina de un tren que pasa.

Cuanto más rápido se aleja una estrella, más lejos está. Esa relación entre velocidad y distancia, llamada Ley de Hubble, puede precisar la ubicación de una galaxia y permite a los astrónomos crear un mapa 3D de más de 200 000 estrellas y galaxias con HETDEX.

« Esto es solo un pequeño porcentaje de lo que encontraremos, pero es un buen comienzo. En última instancia, HETDEX tiene como objetivo mapear un millón de galaxias desplazadas hacia el rojo », dijo Cooper.

HETDEX es único de los grandes estudios del cielo anteriores porque es un estudio no dirigido, que cubre el cielo y recopila espectros de los 35.000 cables de fibra óptica del espectrógrafo de unidad replicable de campo integral visible (VIRUS).

VIRUS toma la luz de las estrellas de galaxias distantes y divide la luz en sus colores componentes como lo hace un prisma. HETDEX cubre el cielo en mosaicos, recolectando 35,000 espectros en una franja de cielo del tamaño de una luna y moviéndose de un lugar a otro. Recopila entre 500 y 600 horas de observaciones cada año para los datos de su encuesta.

« Tenemos el instrumento espectroscópico más grande del planeta y estamos realizando una de las encuestas más largas en términos de tiempo », dijo Gebhardt. « Para analizar estos datos, necesitamos la computadora más rápida que podamos tener, y ahí es donde entra en juego TACC. TACC hace todo el almacenamiento de datos y todo el análisis de datos para esta encuesta gigante ».

Los datos del telescopio van directamente al sistema de almacenamiento de datos TACC Corral a través de líneas de alta velocidad a 100 Gigabits/segundo.

« TACC ha trabajado arduamente con nosotros para optimizar nuestro sistema, y ​​está funcionando fantásticamente. Podemos procesar años de datos en un par de días, tal vez una semana de tiempo en los sistemas TACC. Y lo hacemos varias veces porque seguimos ajustándonos y mejorando nuestros métodos », agregó Gebhardt.

HETDEX utilizó las supercomputadoras Maverick y Stampede2 del Texas Advanced Computing Center, un centro académico líder en supercomputación en UT Austin. Stampede2 está financiado por la Fundación Nacional de Ciencias como un recurso compartido por miles de científicos en los EE. UU. Ayudaron a procesar y analizar alrededor de 60 terabytes de datos de imágenes en el sistema Corral de TACC.

Además, Cooper y sus colegas trabajaron con TACC para crear un acceso público a los datos de JupyterHub.

« Cualquier persona con cualquier credencial académica puede obtener una cuenta TACC y pasar a través de un navegador web para acceder a nuestros datos. Vamos a permitirles acceder a todos nuestros datos. Este es solo el catálogo en este momento. Pero, el futuro va para ofrecer un potencial heredado de la ciencia de HETDEX. TACC está ayudando a establecer eso », dijo Cooper.

Un punto destacado interesante del catálogo es la identificación de un núcleo galáctico activo (AGN) con una fuerte emisión de luz Lyman-alfa. Gebhadt es coautor de un estudio dirigido por Chenxu Liu, investigador postdoctoral en astronomía de UT Austin, publicado en noviembre de 2022 en The Astrophysical Journal. Presenta evidencia intrigante de un agujero negro sin una galaxia anfitriona circundante.

« Esto es lo que yo llamo ‘agujeros negros desnudos' », dijo Gebhardt. « Nada confirmado todavía, pero sospechamos que estos podrían estar ahí fuera. Solo una encuesta como HETDEX podrá encontrarlos ».

La ciencia generada por HETDEX se suma al panorama general de la comprensión de la expansión de todo el universo, que crece inesperadamente mucho más rápido de lo esperado según las observaciones precisas del telescopio espacial Hubble en 2019 de supernovas que actúan como una vara de medir cósmica.

El Santo Grial para HETDEX es una medida precisa de la tasa de expansión del Universo hace 10 mil millones de años que revelará el modelo físico de la energía oscura.

Los astrónomos están en desacuerdo sobre cómo explicar la medida de la tasa de expansión actual. Comprenderlo podría requerir una modificación en la teoría de la gravedad o un cambio en la teoría fundamental del Big Bang. Podría ser obra de una partícula no descubierta.

Un valor preciso de la tasa de expansión temprana en el Universo se puede comparar con la tasa de expansión actual. Esta comparación puede determinar si el Universo continuará expandiéndose para siempre, o si algún día colapsará sobre sí mismo dentro de muchos miles de millones de años.

« El objetivo del proyecto HETDEX es medir la expansión del universo », dijo Gebhardt.

« Este nuevo catálogo agrega datos valiosos para responder finalmente a la pregunta del ‘millón de galaxias’, que es algo en lo que HETDEX Collaboration está trabajando muy duro el próximo año. Pero aquí hay una imagen más amplia, y eso es lo que le devolvemos a la comunidad, no solo a los científicos de todo el mundo sino a la comunidad en general. No podríamos hacer este trabajo sin los recursos de supercomputación y los expertos de TACC, al permitirnos el poder de cómputo para ejecutar muchos análisis de los datos y continuar mejorando la proceso. »