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據(jù)“中國科學院國家天文臺”公眾號消息，北京時間2021年1月14日，國家天文臺北京-亞利桑那巡天（BASS）團隊和暗能量光譜巡天（DESI）國際合作項目團隊聯(lián)合發(fā)布了最新巨幅宇宙二維天圖，為即將開始的新一代宇宙學紅移巡天構建三維宇宙鋪平了道路。

現(xiàn)代流行的宇宙起源學說認為我們的宇宙起源于137億前的一次大爆炸。大爆炸理論認為宇宙最初所有的能量都集中于密度極大且溫度極高的點。大爆炸之后，宇宙不斷地膨脹，溫度逐漸降低，物質(zhì)也不斷產(chǎn)生和聚集，形成了我們現(xiàn)在能看到恒星和星系。

近代天文觀測證實了宇宙在不斷膨脹，而且處于加速膨脹狀態(tài)。驅(qū)動宇宙膨脹的力量被天文學家稱為暗能量。暗能量至今還是一個謎團，它占宇宙組成約68%，剩余物質(zhì)為暗物質(zhì)和普通重子物質(zhì)。

圖1. 宇宙的組成成分

通過對宇宙中大量星系的光譜觀測，人們能夠準確獲得星系的退行速度，也就是紅移，從而獲得天體的距離。大規(guī)模星系的紅移測量能夠準確刻畫出宇宙物質(zhì)的三維分布，精確勾勒出暗能量對宇宙膨脹的影響。

DESI被稱為第四代宇宙學巡天項目，是美國能源部支持的國際合作項目，中國也參與其中。它計劃利用5年的時間，獲取數(shù)千萬星系的紅移，構建當前最大的三維宇宙，有望揭露暗能量的神秘面紗。

在開展DESI光譜紅移巡天之前，研究人員需要獲得比以往面積更大、更深的宇宙二維圖像來滿足大規(guī)模光譜觀測的需求。而我們只有5年左右的時間獲取這樣的圖像數(shù)據(jù)。因此DESI尋求與多個天文臺開展國際合作。

經(jīng)國家天文臺和DESI國際合作團隊近200名科研人員的不懈努力，歷時6年進行聯(lián)合觀測和數(shù)據(jù)分析，對觀測的圖像拼接，打造了巨幅宇宙二維天圖。該宇宙二維天圖覆蓋了兩萬平方度的天空，約為全天球面積的一半，容納了10萬億數(shù)碼像素，包含了20億天體。

圖2. 此次發(fā)布的巨幅二維宇宙圖像，面積約2萬平方度。BASS觀測天區(qū)為圖中偏藍色的區(qū)域。其中放大的子圖展示了位于BASS巡天范圍內(nèi)的候選光譜觀測目標（圖源：DESI圖像巡天數(shù)據(jù)的發(fā)布網(wǎng)站）

這些深度圖像數(shù)據(jù)是DESI光譜巡天順利進行的第一要素。在構建的巨幅宇宙二維天圖中，國家天文臺聯(lián)合美國亞利桑那大學開展的北京-亞利桑那巡天貢獻了北半球的星空。

圖3. BASS巡天使用的2.3米望遠鏡。背景圓頂為DESI所使用的4米望遠鏡

BASS巡天聯(lián)合了國內(nèi)高校和國外合作單位組建了專門的觀測隊伍，前往美國亞利桑那州基特峰進行巡天觀測。總共獲得觀測時間387天，這是國內(nèi)天文學家使用國外望遠鏡觀測時間最長的紀錄。自2015年開始，歷時4年零3個月，參與人次數(shù)超90人次，培養(yǎng)了大批青年觀測人才。

BASS巡天觀測已于2019年3月圓滿結束。針對圖像巡天的數(shù)據(jù)獲取，研究人員開發(fā)了自動化觀測和質(zhì)量控制軟件，能夠?qū)崟r獲取最優(yōu)觀測的圖像，并自動制定觀測計劃。

圖4. 參與BASS巡天項目的觀測人員，多數(shù)為青年科研人員和學生

BASS數(shù)據(jù)團隊獨立開發(fā)了數(shù)據(jù)處理軟件，并利用阿里云的云計算資源進行數(shù)據(jù)處理和分析，發(fā)布了三個版本的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。BASS巡天團隊聯(lián)合國際合作團隊為DESI光譜選源發(fā)布了8個數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

此次公布的數(shù)據(jù)是經(jīng)過1年半時間的處理后發(fā)布DESI光譜選源的最終版本數(shù)據(jù)，包括了最大面積的觀測圖像和最準確的天體測量。作為DESI項目順利實施的保障，此次發(fā)布的巡天數(shù)據(jù)也將成為全球天文界的數(shù)據(jù)遺產(chǎn)，發(fā)揮更廣泛的科研價值。同時，中國天文學家因BASS巡天的貢獻，成為DESI項目的創(chuàng)始成員，將在未來光譜觀測和科學研究中發(fā)揮重要作用。

圖5.BASS觀測部分天體彩色圖像

作者簡介

鄒虎， 中國科學院國家天文臺副研究員，從事大規(guī)模圖像和光譜巡天以及星系形成演化研究。 負責南銀冠u波段巡天和北京-亞利桑那巡天，深度參與了SDSS和DESI光譜巡天國際合作，目前是DESI項目董事會成員。