El Sloan Digital Sky Survey o SDSS es un importante estudio espectroscópico de desplazamiento al rojo y de imágenes multiespectrales que utiliza un telescopio óptico de gran angular dedicado de 2,5 m en el Observatorio Apache Point en Nuevo México, Estados Unidos. El proyecto comenzó en 2000 y lleva el nombre de la Fundación Alfred P. Sloan , que aportó una importante financiación.
Se estableció un consorcio de la Universidad de Washington y la Universidad de Princeton para realizar un estudio de corrimiento al rojo. El Consorcio de Investigación Astrofísica (ARC) se estableció en 1984 [1] con la participación adicional de la Universidad Estatal de Nuevo México y la Universidad Estatal de Washington para gestionar las actividades en Apache Point. En 1991, la Fundación Sloan otorgó fondos al ARC para los esfuerzos de reconocimiento y la construcción de equipos para llevar a cabo el trabajo. [2]
En el momento de su diseño, el SDSS era una combinación pionera de instrumentación novedosa y técnicas de almacenamiento y reducción de datos que impulsaron importantes avances en observaciones, descubrimientos y teoría astronómica.
El proyecto SDSS se centró en dos instrumentos y procesos de procesamiento de datos que fueron innovadores por la escala a la que se implementaron:
Un nuevo desafío importante fue cómo abordar el excepcional volumen de datos generado por el telescopio y los instrumentos. En ese momento, cientos de gigabytes de datos sin procesar por noche no tenían precedentes, y se necesitaba un equipo colaborador tan complejo como el hardware original y el equipo de ingeniería para diseñar un software y un sistema de almacenamiento para procesar los datos. A partir de cada ejecución de imágenes, se produjeron catálogos de objetos, imágenes reducidas y archivos asociados en un proceso altamente automatizado, dando como resultado los catálogos de objetos astronómicos más grandes (miles de millones de objetos) disponibles en forma digital consultable en ese momento. Para cada ejecución espectral, se tuvieron que procesar miles de imágenes espectrales bidimensionales para extraer automáticamente espectros calibrados (flujo versus longitud de onda).
En la década aproximada que llevó lograr estos objetivos, SDSS contribuyó a avances notables en el almacenamiento masivo de bases de datos y en la tecnología de acceso, como SQL, y fue uno de los primeros proyectos astronómicos importantes en hacer que los datos estuvieran disponibles en esta forma. El modelo de dar a la comunidad científica y al público un acceso amplio y accesible a través de Internet a los productos de datos de la encuesta también era relativamente nuevo en ese momento.
El modelo de colaboración en torno al proyecto también fue complejo pero exitoso, dado el gran número de instituciones e individuos necesarios para aportar experiencia al sistema. Universidades y fundaciones participaron junto con el socio director ARC. Otros participantes incluyeron el Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi (Fermilab), que suministró capacidades de almacenamiento y procesamiento informático, y colegas de la industria informática.
La recopilación de datos comenzó en 2000; [3] la publicación final de datos de imágenes (DR9) cubre más del 35% del cielo, con observaciones fotométricas de alrededor de mil millones de objetos, mientras que el estudio continúa adquiriendo espectros , habiendo tomado hasta ahora espectros de más de 4 millones de objetos. La muestra de galaxia principal tiene un desplazamiento al rojo medio de z = 0,1; hay corrimientos al rojo para las galaxias rojas luminosas hasta z = 0,7, y para los quásares hasta z = 5; y el estudio de imágenes ha participado en la detección de cuásares más allá de un corrimiento al rojo z = 6.
La publicación de datos 8 (DR8), publicada en enero de 2011, [4] incluye todas las observaciones fotométricas tomadas con la cámara de imágenes SDSS, que cubren 14.555 grados cuadrados en el cielo (poco más del 35% del cielo completo). La publicación de datos 9 (DR9), publicada al público el 31 de julio de 2012, [5] incluye los primeros resultados del Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), incluidos más de 800.000 nuevos espectros. Más de 500.000 de los nuevos espectros son de objetos que existieron en el Universo hace 7 mil millones de años (aproximadamente la mitad de la edad del Universo). [6] La publicación de datos 10 (DR10), publicada al público el 31 de julio de 2013, [7] incluye todos los datos de publicaciones anteriores, además de los primeros resultados del Experimento de Evolución Galáctica APO (APOGEE), incluidos más de 57.000 imágenes infrarrojas de alta resolución. Espectros de estrellas en la Vía Láctea. DR10 también incluye más de 670.000 nuevos espectros BOSS de galaxias y cuásares en el universo distante. Las imágenes de la encuesta disponibles públicamente se realizaron entre 1998 y 2009.
En julio de 2020, después de un estudio de 20 años, los astrofísicos del Sloan Digital Sky Survey publicaron el mapa 3D más grande y detallado del universo hasta el momento, llenaron un vacío de 11 mil millones de años en su historia de expansión y proporcionaron datos que apoya la teoría de una geometría plana del universo y confirma que diferentes regiones parecen expandirse a diferentes velocidades. [8] [9]
SDSS utiliza un telescopio óptico gran angular dedicado de 2,5 m; de 1998 a 2009 se observó tanto en modo de imagen como espectroscópico. La cámara de imágenes se retiró a finales de 2009 y desde entonces el telescopio ha observado exclusivamente en modo espectroscópico.
Las imágenes se tomaron utilizando un sistema fotométrico de cinco filtros (llamados u , g , r , i y z ). Estas imágenes se procesan para producir listas de objetos observados y diversos parámetros, como si parecen puntuales o extendidos (como lo haría una galaxia) y cómo se relaciona el brillo de los CCD con diversos tipos de magnitud astronómica .
Para las observaciones de imágenes, el telescopio SDSS utilizó la técnica de escaneo de deriva , pero con una variación coreografiada de ascensión recta , declinación , velocidad de seguimiento y rotación de la imagen que permite al telescopio rastrear grandes círculos y registrar continuamente pequeñas franjas del cielo. [10] La imagen de las estrellas en el plano focal se desplaza a lo largo del chip CCD y la carga se desplaza electrónicamente a lo largo de los detectores al mismo ritmo, en lugar de permanecer fija como en los telescopios con seguimiento. (Simplemente estacionar el telescopio mientras el cielo se mueve solo es viable en el ecuador celeste , ya que las estrellas con diferentes declinaciones se mueven a diferentes velocidades aparentes). Este método permite una astrometría consistente en el campo más amplio posible y minimiza los gastos generales de lectura de los detectores. La desventaja son los efectos de distorsión menores.
La cámara de imágenes del telescopio está compuesta por 30 chips CCD, cada uno con una resolución de 2048 × 2048 píxeles , totalizando aproximadamente 120 megapíxeles . [11] Las fichas están dispuestas en 5 filas de 6 fichas. Cada fila tiene un filtro óptico diferente con longitudes de onda promedio de 355,1 ( u ), 468,6 ( g ), 616,5 ( r ), 748,1 ( i ) y 893,1 ( z ) nm , con un 95% de completitud en la visión típica para magnitudes de 22,0. 22.2, 22.2, 21.3 y 20.5, para u , g , r , i , z respectivamente. [12] Los filtros se colocan en la cámara en el orden r , i , u , z , g . Para reducir el ruido, la cámara se enfría a 190 kelvin (aproximadamente −80 °C) con nitrógeno líquido .
Nota: los colores son sólo aproximados y se basan en la representación de la longitud de onda según sRGB. [13]
Utilizando estos datos fotométricos, también se seleccionan para espectroscopia estrellas, galaxias y quásares . El espectrógrafo funciona alimentando una fibra óptica individual para cada objetivo a través de un orificio perforado en una placa de aluminio. [14] Cada orificio está ubicado específicamente para un objetivo seleccionado, por lo que cada campo en el que se van a adquirir espectros requiere una placa única. El espectrógrafo original adjunto al telescopio era capaz de registrar 640 espectros simultáneamente, mientras que el espectrógrafo actualizado para SDSS III puede registrar 1000 espectros a la vez. A lo largo de cada noche, normalmente se utilizan entre seis y nueve placas para registrar espectros. En modo espectroscópico, el telescopio sigue el cielo de forma estándar, manteniendo los objetos enfocados en sus correspondientes puntas de fibra.
Cada noche, el telescopio produce unos 200 GB de datos.
Durante su primera fase de operaciones, 2000-2005, el SDSS tomó imágenes de más de 8.000 grados cuadrados del cielo en cinco pasos de banda óptica, y obtuvo espectros de galaxias y quásares seleccionados de 5.700 grados cuadrados de esas imágenes. También obtuvo imágenes repetidas (aproximadamente 30 escaneos) de una franja de 300 grados cuadrados en el casquete galáctico sur.
En 2005, el estudio entró en una nueva fase, el SDSS-II , al ampliar las observaciones para explorar la estructura y composición estelar de la Vía Láctea , el SEGUE y el Sloan Supernova Survey, que vigila los eventos de supernova Ia para medir las distancias a lugares lejanos. objetos.
El Sloan Legacy Survey cubre más de 7.500 grados cuadrados del casquete galáctico del norte con datos de casi 2 millones de objetos y espectros de más de 800.000 galaxias y 100.000 quásares. La información sobre la posición y distancia de los objetos ha permitido investigar por primera vez la estructura a gran escala del Universo, con sus vacíos y filamentos. Casi todos estos datos se obtuvieron en SDSS-I, pero una pequeña parte de la huella se terminó en SDSS-II. [dieciséis]
La Extensión Sloan para la Comprensión y Exploración Galáctica obtuvo espectros de 240.000 estrellas (con una velocidad radial típica de 10 km/s) para crear un mapa tridimensional detallado de la Vía Láctea. [17] Los datos de SEGUE proporcionan evidencia de la edad, composición y distribución del espacio de fase de las estrellas dentro de los diversos componentes galácticos, proporcionando pistas cruciales para comprender la estructura, formación y evolución de nuestra galaxia .
Los espectros estelares, los datos de imágenes y los catálogos de parámetros derivados de esta encuesta están disponibles públicamente como parte de SDSS Data Release 7 (DR7). [18]
El SDSS Supernova Survey, que se llevó a cabo entre 2005 y 2008, realizó imágenes repetidas de una franja de cielo de 2,5° de ancho centrada en el ecuador celeste, pasando de 20 horas de ascensión recta a 4 horas de RA, de modo que estaba en el casquete galáctico sur (ver Borrador: Gorro galáctico) y no sufrió extinción galáctica . [19] El proyecto descubrió más de 500 supernovas de tipo Ia. Hasta finales del año 2007, el Supernova Survey buscó supernovas de tipo Ia . El estudio escaneó rápidamente un área de 300 grados cuadrados para detectar objetos variables y supernovas. Detectó 130 eventos de supernova Ia confirmados en 2005 y otros 197 en 2006. [20] En 2014 se publicó un catálogo aún mayor que contenía 10.258 fuentes variables y transitorias. De estas, 4.607 fuentes son supernovas confirmadas o probables, lo que lo convierte en el mayor conjunto de supernovas compilado hasta ahora. [21]
A mediados de 2008 se inició el SDSS-III. Constaba de cuatro encuestas separadas: [22]
El Experimento de Evolución Galáctica APO (APOGEE) utilizó espectroscopía infrarroja de alta resolución y alta relación señal-ruido para penetrar el polvo que oscurece la galaxia interior. [23] APOGEE examinó 100.000 estrellas gigantes rojas en todo el rango del bulbo , la barra, el disco y el halo galácticos . Aumentó el número de estrellas observadas con alta resolución espectroscópica (R ≈ 20.000 en λ ≈ 1,6 μm) y alta relación señal-ruido (100∶1) en más de un factor de 100. [24] Los espectros de alta resolución reveló la abundancia de unos 15 elementos, dando información sobre la composición de las nubes de gas a partir de las cuales se formaron las gigantes rojas. APOGEE planeó recopilar datos de 2011 a 2014, y los primeros datos se publicaron como parte del SDSS DR10 a finales de 2013. [25]
El Estudio Espectroscópico de Oscilación Bariónica (BOSS) del SDSS-III fue diseñado para medir la tasa de expansión del Universo . [26] Trazó un mapa de la distribución espacial de las galaxias rojas luminosas (LRG) y los quásares para determinar su distribución espacial y detectar la escala característica impresa por las oscilaciones acústicas bariónicas en el universo temprano. Las ondas sonoras que se propagan en el universo primitivo, como las ondas que se extienden en un estanque, imprimen una escala característica en las posiciones de las galaxias entre sí. Se anunció que BOSS había medido la escala del universo con una precisión del uno por ciento y se completó en la primavera de 2014. [27]
El Estudio de área grande de exoplanetas de velocidad radial de múltiples objetos APO (MARVELS) monitoreó las velocidades radiales de 11.000 estrellas brillantes, con la precisión y cadencia necesarias para detectar planetas gigantes gaseosos que tienen períodos orbitales que van desde varias horas hasta dos años. Este estudio Doppler terrestre [28] utilizó el telescopio SDSS y nuevos instrumentos Doppler multiobjeto para monitorear las velocidades radiales. [28]
El objetivo principal del proyecto era generar una muestra de planetas gigantes a gran escala y estadísticamente bien definida . Buscó planetas gaseosos con períodos orbitales que oscilaban entre horas y dos años y masas entre 0,5 y 10 veces la de Júpiter . Se analizaron un total de 11.000 estrellas con entre 25 y 35 observaciones por estrella durante 18 meses. Se esperaba que detectara entre 150 y 200 nuevos exoplanetas y pudiera estudiar sistemas raros, como planetas con extrema excentricidad y objetos en el " desierto de las enanas marrones ". [28] [29]
Los datos recopilados se utilizaron como muestra estadística para la comparación teórica y el descubrimiento de sistemas raros. [30] El proyecto comenzó en el otoño de 2008 y continuó hasta la primavera de 2014. [28] [31]
La Extensión Sloan para la Comprensión y Exploración Galáctica (SEGUE-1) original obtuvo espectros de casi 240.000 estrellas de diversos tipos espectrales. Aprovechando este éxito, SEGUE-2 observó espectroscópicamente alrededor de 120.000 estrellas, centrándose en el halo estelar in situ de la Vía Láctea, desde distancias de 10 a 60 kpc. SEGUE-2 duplicó el tamaño de muestra de SEGUE-1 . [32]
La combinación de SEGUE-1 y 2 reveló la compleja subestructura cinemática y química del halo y los discos galácticos, proporcionando pistas esenciales para la historia de ensamblaje y enriquecimiento de la galaxia. En particular, se esperaba que el halo exterior estuviera dominado por eventos de acreción tardíos. Los datos de SEGUE pueden ayudar a limitar los modelos existentes para la formación del halo estelar e informar la próxima generación de simulaciones de alta resolución de la formación de galaxias. Además, SEGUE-1 y SEGUE-2 pueden ayudar a descubrir estrellas raras y químicamente primitivas que son fósiles de las primeras generaciones de formación estelar cósmica.
La última generación del SDSS (SDSS-IV, 2014-2020) está ampliando las mediciones cosmológicas de precisión a una fase temprana crítica de la historia cósmica (eBOSS), ampliando su estudio espectroscópico infrarrojo de la galaxia en los hemisferios norte y sur (APOGEE-2 ), y por primera vez utilizando los espectrógrafos Sloan para hacer mapas espacialmente resueltos de galaxias individuales (MaNGA). [34]
Un estudio estelar de la Vía Láctea, con dos componentes principales: un estudio del norte utilizando el tiempo brillante en APO y un estudio del sur utilizando el Telescopio Du Pont de 2,5 m en Las Campanas.
Un estudio cosmológico de quásares y galaxias, que también incluye subprogramas para estudiar objetos variables (TDSS) y fuentes de rayos X (SPIDERS).
MaNGA (Mapeo de galaxias cercanas en el Observatorio Apache Point ), exploró la estructura interna detallada de casi 10.000 galaxias cercanas desde 2014 hasta la primavera de 2020. Estudios anteriores del SDSS solo permitían observar espectros desde el centro de las galaxias. Utilizando conjuntos bidimensionales de fibras ópticas agrupadas en forma hexagonal, MaNGA pudo utilizar espectroscopia resuelta espacialmente para construir mapas de las áreas dentro de las galaxias, lo que permitió un análisis más profundo de su estructura, como las velocidades radiales y las regiones de formación estelar . [35] [36]
El Observatorio Apache Point en Nuevo México comenzó a recopilar datos para SDSS-V en octubre de 2020. Está previsto que Apache Point se convierta a mediados de 2021 de placas de enchufe (placas de aluminio con orificios colocados manualmente para que brille la luz de las estrellas) a un pequeño robot automatizado. brazos, seguido por el Observatorio Las Campanas en Chile a finales de año. El estudio Milky Way Mapper se centrará en los espectros de seis millones de estrellas. El estudio Black Hole Mapper se centrará en las galaxias para analizar indirectamente sus agujeros negros supermasivos . El Local Volume Mapper apuntará a galaxias cercanas para analizar sus nubes de gas interestelar . [37] [38]
La encuesta hace que los datos publicados estén disponibles a través de Internet. SkyServer proporciona una variedad de interfaces para un Microsoft SQL Server subyacente . Tanto los espectros como las imágenes están disponibles de esta manera, y las interfaces son muy fáciles de usar para que, por ejemplo, se pueda obtener una imagen a todo color de cualquier región del cielo cubierta por una publicación de datos SDSS simplemente proporcionando las coordenadas. Los datos están disponibles únicamente para uso no comercial, sin permiso por escrito. SkyServer también ofrece una variedad de tutoriales dirigidos a todos, desde escolares hasta astrónomos profesionales. La décima publicación importante de datos, DR10, publicada en julio de 2013, [7] proporciona imágenes, catálogos de imágenes, espectros y corrimientos al rojo a través de una variedad de interfaces de búsqueda.
Los datos brutos (antes de ser procesados en bases de datos de objetos) también están disponibles a través de otro servidor de Internet y se experimentaron por primera vez como un "vuelo" a través del programa World Wind de la NASA .
Sky en Google Earth incluye datos del SDSS, para aquellas regiones donde dichos datos están disponibles. También hay complementos KML para capas de fotometría y espectroscopia SDSS, [39] que permiten el acceso directo a los datos de SkyServer desde Google Sky.
Los datos también están disponibles en el Planetario Hayden con un visualizador 3D.
También existe una lista cada vez mayor de datos para la región Stripe 82 del SDSS.
Tras la contribución del miembro técnico Jim Gray en nombre de Microsoft Research con el proyecto SkyServer, el WorldWide Telescope de Microsoft utiliza SDSS y otras fuentes de datos. [40]
MilkyWay@home también utilizó los datos del SDSS para crear un modelo tridimensional de alta precisión de la Vía Láctea.
Además de las publicaciones que describen la encuesta en sí, los datos del SDSS se han utilizado en publicaciones sobre una amplia gama de temas astronómicos. El sitio web del SDSS tiene una lista completa de estas publicaciones que cubren los quásares distantes en los límites del universo observable, [41] la distribución de las galaxias, las propiedades de las estrellas en nuestra galaxia y también temas como la materia y la energía oscuras en el universo.
Basado en el lanzamiento de Data Release 9, el 8 de agosto de 2012 se publicó un nuevo mapa 3D de galaxias masivas y agujeros negros distantes. [42]
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