DESI publica el mapa 3D del universo más grande hasta la fecha
Este fragmento de datos de DESI mapea objetos celestes desde la Tierra (centro) hasta miles de millones de años luz de distancia. Entre los objetos se encuentran galaxias brillantes cercanas (amarillo), galaxias rojas luminosas (naranja), galaxias con líneas de emisión (azul) y cuásares (verde). La estructura a gran escala del universo es visible en la imagen insertada, que muestra la región más densa del estudio y representa menos del 0,1 % del volumen total del estudio DESI. Crédito: Claire Lamman/Colaboración DESI
Fuente Phys.org
El Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) está cartografiando millones de objetos celestes para comprender mejor la energía oscura, el misterioso motor de la expansión acelerada de nuestro universo. Hoy, la colaboración DESI ha publicado una nueva colección de datos para que cualquier persona del mundo pueda investigarla.
El conjunto de datos es el más grande de su tipo, con información sobre 18,7 millones de objetos: aproximadamente 4 millones de estrellas, 13,1 millones de galaxias y 1,6 millones de cuásares (objetos extremadamente brillantes pero distantes, alimentados por agujeros negros supermasivos en sus núcleos).
Si bien la misión principal del experimento es esclarecer la energía oscura, la Versión de Datos 1 (DR1) de DESI podría generar descubrimientos en otras áreas de la astrofísica, como la evolución de las galaxias y los agujeros negros, la naturaleza de la materia oscura y la estructura de la Vía Láctea.
«DR1 ya dio a la colaboración de DESI indicios de que podríamos necesitar replantear nuestro modelo estándar de cosmología», afirmó Stephen Bailey, científico que dirige la gestión de datos de DESI y trabaja en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (Berkeley Lab). Pero estos conjuntos de datos de primer nivel también son valiosos para que el resto de la comunidad astronómica pruebe una enorme cantidad de otras ideas, y nos entusiasma ver la magnitud de la investigación que surgirá.
DESI es un experimento internacional que reúne a más de 900 investigadores de más de 70 instituciones. El proyecto está liderado por Berkeley Lab. DESI está instalado en el Telescopio Nicholas U. Mayall de 4 metros de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. en el Observatorio Nacional Kitt Peak (un programa de NSF NOIRLab) en Arizona.
La publicación de datos de DESI es gratuita y se puede acceder a ella a través del Centro Nacional de Cálculo Científico para la Investigación Energética (NERSC) (https://data.desi.lbl.gov/doc/), una instalación del Laboratorio Berkeley donde DESI procesa y almacena datos. Los aficionados al espacio también pueden explorar algunos de los datos de DESI a través de un portal interactivo: el Navegador del Cielo para Estudios Legados (https://www.legacysurvey.org/viewer/desi-dr1).
El nuevo conjunto de datos amplía enormemente la Publicación de Datos Temprana (EDR) de DESI, ya que contiene aproximadamente diez veces más datos y cubre siete veces el área del cielo. DR1 incluye información del primer año del estudio principal, recopilada entre mayo de 2021 y junio de 2022, así como de los cinco meses previos de validación del estudio, donde los investigadores probaron el experimento.
Los objetos del catálogo de DESI abarcan desde estrellas cercanas en nuestra Vía Láctea hasta galaxias a miles de millones de años luz de distancia. Debido al tiempo que tarda la luz en viajar a la Tierra, observar el espacio es similar a mirar atrás en el tiempo. DESI nos permite observar nuestro universo en diferentes épocas, desde la actualidad hasta hace 11 000 millones de años.
Aunque DR1 es solo una fracción de lo que DESI producirá eventualmente, el conjunto de datos de 270 terabytes representa una cantidad asombrosa de información, que incluye distancias precisas a millones de galaxias. El comunicado contiene más del doble de objetos extragalácticos (aquellos que se encuentran fuera de nuestra galaxia) que los que se han recopilado en todos los estudios 3D anteriores combinados.
Durante su primer año de operaciones, DESI se convirtió en el estudio espectroscópico de corrimiento al rojo más grande jamás realizado, capturando en ocasiones datos de más de un millón de objetos en un solo mes. A modo de comparación, su predecesor, el Sloan Digital Sky Survey (SDSS), recopiló luz de 9 millones de objetos únicos a lo largo de aproximadamente 25 años de operaciones. En 2024, los investigadores de DESI utilizaron los datos del DR1 para crear el mapa 3D más grande de nuestro universo hasta la fecha y realizar mediciones de energía oscura líderes a nivel mundial.
«El proyecto DESI ha mantenido el ritmo de creación de mapas 3D del universo diez veces más grandes cada década», afirmó David Schlegel, uno de los científicos principales de DESI y SDSS en Berkeley Lab. «Esa es nuestra versión de la Ley de Moore para estudios cosmológicos. El rápido avance se debe a la inteligente combinación de mejores diseños de instrumentos, tecnologías y análisis de galaxias cada vez más débiles».
Ciencia a gran escala para un público amplio
DESI capta luz de galaxias distantes mediante 5.000 «ojos» de fibra óptica. En condiciones de observación despejadas, el instrumento puede captar un nuevo conjunto de 5.000 objetos aproximadamente cada 20 minutos, o más de 100.000 galaxias en una noche. «DESI es único en su capacidad para observar objetos independientes simultáneamente», afirmó John Moustakas, profesor de física en el Siena College y codirector de DR1.
El instrumento separa la luz de cada galaxia en su espectro de colores. Esto permite a los investigadores determinar cuánto se ha «desplazado al rojo» la luz, o cuánto se ha estirado hacia el extremo rojo del espectro debido a la expansión del universo. Medir el desplazamiento al rojo de la luz de un objeto distante indica a los científicos su distancia, lo que significa que DESI puede cartografiar el cosmos en tres dimensiones y reconstruir una historia detallada del crecimiento cósmico.
Cada noche, las imágenes tomadas por DESI se transfieren automáticamente a las supercomputadoras del NERSC. La instalación analiza los datos y los envía de vuelta a los investigadores, un proceso que se enorgullecen de promocionar como «desplazamientos al rojo antes del desayuno». Esta transferencia de datos se realiza a través de ESnet, la red de alta velocidad del DOE dedicada a la ciencia.
Este enfoque representa una nueva forma de investigar, donde las instalaciones experimentales y el análisis de datos están estrechamente vinculados. Este ecosistema forma una infraestructura de investigación integrada que acelera drásticamente el ritmo de la ciencia.
«Para esta publicación de datos, logramos que DESI pudiera ejecutarse en nuestra supercomputadora más avanzada, Perlmutter», afirmó Daniel Margala, arquitecto de datos científicos de NERSC y parte del equipo que respalda el procesamiento de datos de DESI. La transición a Perlmutter permite a los investigadores aprovechar las potentes GPU (unidades de procesamiento gráfico) de la supercomputadora, procesando los datos casi 40 veces más rápido que en los sistemas NERSC anteriores. «Lo que habría llevado meses en Cori [una supercomputadora de la generación anterior], en Perlmutter solo lleva semanas».
Aunque analizan datos cada noche, los investigadores siempre están mejorando su código para obtener la mayor cantidad de información posible de la luz que recopilan. Una vez que alcanzan un hito, como recopilar datos durante un año, reprocesan el conjunto de datos completo con la mejor versión del código. Procesar el conjunto de datos DR1 en Perlmutter tardó aproximadamente un mes.
Esa velocidad será importante a medida que DESI recopile aún más datos. El proyecto se encuentra actualmente en el cuarto de sus cinco años de recopilación de datos y su objetivo es registrar los espectros de más de 50 millones de galaxias y cuásares antes de su finalización.
Los colaboradores de DESI esperan que los datos del experimento beneficien a los investigadores y permitan a quienes no tienen acceso a grandes telescopios avanzar en su trabajo. Un componente clave de la publicación de datos es la documentación para ayudar a otros científicos, incluso a aquellos que no están familiarizados con el proyecto, a comprender su contenido.
«Aún estamos descubriendo todo lo que se puede hacer con este conjunto de datos y queremos que la comunidad pueda poner en práctica todas sus ideas creativas», afirmó Anthony Kremin, científico del proyecto en Berkeley Lab, quien codirigió el procesamiento de la nueva publicación de datos. «Existen innumerables formas interesantes de ciencia que se pueden realizar al combinar nuestros datos con información externa».
El artículo de DESI DR1 está disponible en el sitio web de DESI Data (https://data.desi.lbl.gov/doc/papers/) y se publicará en el repositorio en línea arXiv. Hay videos que analizan la publicación de datos disponibles en el canal de YouTube de DESI. Los miembros de la colaboración presentaron los datos junto con el análisis de energía oscura más reciente de DESI (que utiliza tres años de datos) en charlas celebradas hoy en la Cumbre de Física Global de la Sociedad Estadounidense de Física en Anaheim, California.
