Roma – Il Dark Energy Spectroscopic Instrument ( DESI ) sta mappando milioni di oggetti celesti per comprendere meglio l’energia oscura: il misterioso motore dell’espansione accelerata del nostro universo. Oggi, la collaborazione DESI ha rilasciato una nuova raccolta di dati che chiunque nel mondo può analizzare. Il set di dati è il più grande del suo genere, con informazioni su 18,7 milioni di oggetti: circa 4 milioni di stelle, 13,1 milioni di galassie e 1,6 milioni di quasar (oggetti estremamente luminosi ma distanti alimentati da buchi neri supermassicci nei loro nuclei). Sebbene la missione principale dell’esperimento sia quella di far luce sull’energia oscura, il Data Release 1 (DR1) del DESI potrebbe portare a scoperte in altri settori dell’astrofisica, come l’evoluzione delle galassie e dei buchi neri, la natura della materia oscura e la struttura della Via Lattea.
“DR1 ha già dato alla collaborazione DESI degli indizi sul fatto che potremmo dover ripensare il nostro modello standard di cosmologia”, ha affermato Stephen Bailey, uno scienziato che dirige la gestione dei dati per DESI e lavora presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti. “Ma questi set di dati di livello mondiale sono preziosi anche per il resto della comunità astronomica per testare un’enorme quantità di altre idee e siamo entusiasti di vedere l’ampiezza della ricerca che ne uscirà”.
Quando condizioni come la luna luminosa rendono difficile per DESI osservare galassie distanti, lo strumento si concentra invece sulle stelle vicine nella Via Lattea. Questo video mostra la distribuzione delle stelle nel Data Release 1 di DESI, ripreso come parte del Milky Way Survey. I colori più rossi corrispondono a stelle con più ferro e, in genere, età più giovani. Credito Collaborazione DESI e Sergey Koposov/Università di Edimburgo
DESI è un esperimento internazionale che riunisce più di 900 ricercatori provenienti da oltre 70 istituzioni. Il progetto è guidato dal Berkeley Lab e lo strumento è stato costruito e gestito con finanziamenti del DOE Office of Science. DESI è montato sul telescopio Nicholas U. Mayall da 4 metri della US National Science Foundation presso il Kitt Peak National Observatory (un programma di NSF NOIRLab) in Arizona.
La pubblicazione dei dati di DESI è gratuita e accessibile tramite il National Energy Research Scientific Computing Center ( NERSC ), una struttura del Berkeley Lab dove DESI elabora e archivia i dati. Gli appassionati dello spazio possono anche esplorare alcuni dei dati di DESI tramite un portale interattivo: il Legacy Survey Sky Browser.
Il nuovo set di dati amplia notevolmente l’Early Data Release (EDR) di DESI, contenendo circa 10 volte più dati e coprendo sette volte l’area del cielo. DR1 include informazioni del primo anno del “sondaggio principale” raccolte tra maggio 2021 e giugno 2022, nonché della precedente “validazione del sondaggio” di cinque mesi in cui i ricercatori hanno testato l’esperimento.
Gli oggetti nel catalogo DESI spaziano dalle stelle vicine nella nostra Via Lattea alle galassie distanti miliardi di anni luce. A causa del tempo che impiega la luce a raggiungere la Terra, guardare nello spazio è come guardare indietro nel tempo. DESI ci consente di vedere il nostro universo in diverse età, da oggi a 11 miliardi di anni fa.
Sebbene DR1 sia solo una frazione di ciò che DESI produrrà alla fine, il dataset da 270 terabyte rappresenta una quantità impressionante di informazioni, tra cui distanze precise di milioni di galassie. La release contiene più del doppio degli oggetti extragalattici (quelli trovati al di fuori della nostra galassia) raccolti in tutti i precedenti rilievi 3D combinati.
Nel suo primo anno di attività, DESI è diventato il più grande sondaggio spettroscopico sul redshift mai condotto, a volte catturando dati su più di 1 milione di oggetti in un solo mese. Per fare un confronto, il suo predecessore, lo Sloan Digital Sky Survey (SDSS), ha raccolto luce da 9 milioni di oggetti unici in circa 25 anni di attività. Nel 2024, i ricercatori DESI hanno utilizzato i dati in DR1 per creare la più grande mappa 3D del nostro universo fino ad oggi e per effettuare misurazioni leader a livello mondiale dell’energia oscura.
“Il progetto DESI ha mantenuto il ritmo di creazione di mappe 3D dell’universo che sono 10 volte più grandi ogni decennio”, ha affermato David Schlegel, uno degli scienziati principali del Berkeley Lab sia per DESI che per SDSS. “Questa è la nostra versione della legge di Moore per le indagini cosmologiche. Il rapido progresso è alimentato dall’intelligente combinazione di design di strumenti migliorati, tecnologie e analisi di galassie sempre più deboli”.
DESI raccoglie la luce da galassie distanti utilizzando 5.000 “occhi” in fibra ottica. In condizioni di osservazione limpide, lo strumento può raccogliere un nuovo set di 5.000 oggetti circa ogni 20 minuti, ovvero più di 100.000 galassie in una notte. “DESI è diverso da qualsiasi altra macchina in termini di capacità di osservare oggetti indipendenti simultaneamente”, ha affermato John Moustakas, professore di fisica al Siena College e co-responsabile di DR1.
Lo strumento separa la luce di ogni galassia nel suo spettro di colori. Ciò consente ai ricercatori di determinare quanto la luce sia stata “spostata verso il rosso”, o allungata verso l’estremità rossa dello spettro dall’espansione dell’universo. Misurare lo spostamento verso il rosso della luce da un oggetto distante indica agli scienziati quanto è lontano, il che significa che DESI può mappare il cosmo in tre dimensioni e ricostruire una cronologia dettagliata della crescita cosmica.
Ogni notte, le immagini scattate da DESI vengono trasferite automaticamente ai supercomputer del NERSC. La struttura analizza i dati e li invia ai ricercatori, un processo che sono orgogliosi di pubblicizzare come “redshifts before breakfast”. Questo trasferimento di dati avviene tramite ESnet , la rete ad alta velocità dedicata del DOE per la scienza. L’approccio rappresenta un nuovo modo di fare ricerca in cui le strutture sperimentali e l’analisi dei dati sono strettamente collegate. Questo ecosistema forma un’infrastruttura di ricerca integrata che accelera drasticamente il ritmo della scienza.
“Per questa pubblicazione di dati, abbiamo fatto in modo che DESI potesse funzionare sul nostro supercomputer più avanzato, Perlmutter”, ha affermato Daniel Margala, un architetto di dati scientifici presso NERSC e parte del team che supporta l’elaborazione dei dati DESI. La transizione a Perlmutter consente ai ricercatori di sfruttare le potenti GPU (unità di elaborazione grafica) del supercomputer, elaborando i dati quasi 40 volte più velocemente di quanto fosse possibile sui precedenti sistemi NERSC. “Ciò che avrebbe richiesto mesi su Cori [un supercomputer di precedente generazione] richiede solo settimane su Perlmutter”.
Anche se analizzano i dati ogni notte, i ricercatori apportano sempre miglioramenti al loro codice per ottenere il maggior numero possibile di informazioni dalla luce che raccolgono. Una volta raggiunto un traguardo, come la raccolta di dati per un anno, rielaborano l’intero set di dati con la versione migliore del codice. Ci è voluto circa un mese per elaborare il set di dati DR1 su Perlmutter.
Questa velocità sarà importante man mano che DESI raccoglierà ancora più dati. Il progetto è attualmente al suo quarto di cinque anni di raccolta dati e mira a registrare gli spettri di oltre 50 milioni di galassie e quasar prima di concludersi.
I collaboratori del DESI sperano che i dati dell’esperimento possano essere utili ai ricercatori e consentire a coloro che non hanno accesso a grandi telescopi di far progredire il loro lavoro. Una componente importante della pubblicazione dei dati è la documentazione per supportare altri scienziati, anche quelli che non hanno familiarità con il progetto, nella comprensione dei suoi contenuti.
“Stiamo ancora scoprendo tutte le cose che si possono fare con questo set di dati e vogliamo che la comunità possa provare tutte le proprie idee creative”, ha affermato Anthony Kremin, uno scienziato del progetto presso il Berkeley Lab che ha co-diretto l’elaborazione della nuova release di dati. “Ci sono infiniti tipi di scienza interessante che si possono fare quando si combinano i nostri dati con informazioni esterne”. (30Science.com)
