Szalay Sándor Eötvös L. Tudományegyetem, Budapest és Johns Hopkins University, Baltimore Az Univerzum téridő térképei a Sloan Digital Sky Survey.

Az előadások a következő témára: "Szalay Sándor Eötvös L. Tudományegyetem, Budapest és Johns Hopkins University, Baltimore Az Univerzum téridő térképei a Sloan Digital Sky Survey."— Előadás másolata:

1 Szalay Sándor Eötvös L. Tudományegyetem, Budapest és Johns Hopkins University, Baltimore Az Univerzum téridő térképei a Sloan Digital Sky Survey

2 Az ég első térképei Kinai, 940 A.D.

3 Tycho Brahe 1600 A.D. Uranometria, Johannes Beyer, Tycho Brahe csillagtérképéből

4 USNO Palomar és UK Schmidt lemezek alapján 1980-90

5 COBE, 1990 A mikrohullámú háttér fluktuációinak felfedezése

6 Astrophysical Research Consortium (ARC) Célunk az északi égbolt minden eddiginél részletesebb térképe, 5 év alatt, kb. $80M USD költséggel 40 Terabyte nyers adat, kb. 3 Terabyte a feldogozás után Célunk az északi égbolt minden eddiginél részletesebb térképe, 5 év alatt, kb. $80M USD költséggel 40 Terabyte nyers adat, kb. 3 Terabyte a feldogozás után The University of Chicago Princeton University The Johns Hopkins University The University of Washington Fermi National Accelerator Laboratory US Naval Observatory The Japanese Participation Group The Institute for Advanced Study New Mexico State University Max Planck Institute für Astrophysik Max Planck Institute für Astronomie SLOAN Alapitvány, NSF, DOE, NASA The University of Chicago Princeton University The Johns Hopkins University The University of Washington Fermi National Accelerator Laboratory US Naval Observatory The Japanese Participation Group The Institute for Advanced Study New Mexico State University Max Planck Institute für Astrophysik Max Planck Institute für Astronomie SLOAN Alapitvány, NSF, DOE, NASA A Sloan Digital Sky Survey

7 Motiváció Az Univerzum “végső” térképe:  a Kozmikus Genóm Projekt! A galaxisok térbeli eloszlása:  Mi a fluktuációk eredete?  Mi az eloszlás topológiája? Mit tartalmaz az Univerzum?  Mennyi a sötét anyag? Népszámlálás az Univerzumban:  Hogyan kelekeztek a galaxisok? Az Univerzum idősebb objektumai:  Hol vannak a legtávoabbi kvazárok?

8 A táguló Univerzum v = H o r Hubble törvény v = H o r Hubble törvény Az Univerzum tágul: a galaxisok távolodnak, mérhető a spektrumvonalak vöröseltolódásából  = sűrűség /kritikus  = sűrűség /kritikus ha  <1, örökké tágul Az Univerzum sorsát a tágulási és a gravitációs energia aránya dönti el

9 Az Univerzum elemei A galaxisok térbeli eloszlása jól meghatározott szerkezetet mutat, amely a korai Univerzumból származik. P(k): P(k): fluktuáció spectrum  d >  * >   Az Univerzum tömegének legnagyobb része sötét anyag, valószinűleg hideg.   >  d Az Univerzum gravitációs energiájának legnagyobb része un. sötét energia, vagy kozmológiai konstans.

10 Az Univerzum paraméterei H 0 Hubble konstans55-75 km/s/Mpc  0 a sűrűségi paraméter0.25-1 t 0 az univerzum életkora13-15 Gév  0 az univerzum görbülete0.9-1.1  m az anyag sűrűsége0.2 - 0.3   a kozmológiai konstans0 - 0.7  B /  0 a barion-tartalom0.1-0.2   a neutrinók sűrűsége? Még mindig sok a bizonytalanság, habár sokkal kisebb mint egy évvel ezelőtt... Cél: néhány százalékos pontosság 2 éven belül H 0 Hubble konstans55-75 km/s/Mpc  0 a sűrűségi paraméter0.25-1 t 0 az univerzum életkora13-15 Gév  0 az univerzum görbülete0.9-1.1  m az anyag sűrűsége0.2 - 0.3   a kozmológiai konstans0 - 0.7  B /  0 a barion-tartalom0.1-0.2   a neutrinók sűrűsége? Még mindig sok a bizonytalanság, habár sokkal kisebb mint egy évvel ezelőtt... Cél: néhány százalékos pontosság 2 éven belül Preciziós kozmológia!

11 A Kozmikus Genóm projekt Az SDSS lesz az Univerzum minden eddiginél részletesebb térképe Gregory and Thompson 1978 deLapparent, Geller and Huchra 1986 daCosta etal 1995 SDSS Collaboration 2002

12 Galaxis katalógusok

13 A galaxisok eloszlása Egészen nagy skálákon is megmérjük a galaxisok eloszlását A fluktuácók amplitudójának hibája 1970x100 1990 x2 1995 ±0.4 1998 ±0.2 1999 ±0.1 2001 ±0.05 A fluktuácók amplitudójának hibája 1970x100 1990 x2 1995 ±0.4 1998 ±0.2 1999 ±0.1 2001 ±0.05

14 Releváns hossz-skála Távolságokat Megaparszekben mérünk: 1 Mpc = 3 x 10 24 cm 5 Mpc = a galaxisok közti távoság 3000 Mpc= az Univerzum mérete ha  >200 Mpc a fluktuációk alakja PRIMORDIÁLIS ha  <100 Mpc a gravitáció hatására éles strukturák, falak és üregek keletkeznek Biasing galaxisok nem mindenütt keletkeznek: a legtöbb galaxis a nagy sűrűségű helyek közelében található, ezért az Univerzumban a fény eloszlása jobban strukturált mint a tömegé.

15 Az Univerzum topológiája Milyen a galaxisok eloszlása? Falakon vannak-e főleg a galaxisok, vagy inkább majdem véletlenszerűen helyezkednek el?

16 A legtávolabbi objektumok Közeli és távoli kvazárok több szinben tudunk kvazárokat keresni igy jobban szétválnak a csillagoktól Milyen messze vannak a legtávolabbi kvazárok? Mikor keletkeztek a galaxisok? Közeli és távoli kvazárok több szinben tudunk kvazárokat keresni igy jobban szétválnak a csillagoktól Milyen messze vannak a legtávolabbi kvazárok? Mikor keletkeztek a galaxisok?

17 Speciális 2.5m távcső, Apache Point, NM 3 fokos látószög Lapos fókuszsik Két, egymást kiegészitő kisérlet: Nagy felbontású képek öt szinben Spektrumok felvétele Óriási CCD mozaik 52 CCD, 120 millió pixel, jelenleg a világ legnagyobb kamerája Két nagy felbontású spektrográf 640 fényvezető üvegszál, 3900Å-től 9200Å-ig terjedő spektrumok Automatizált adatfeldolgozás 130 emberévnyi szoftver fejlesztés Óriási adatmennyiség Több mint 40 Terabyte nyers, kb. 3 Terabyte feldolgozott adat. Az eddigi adatok nyilvánosak (2001 junius 5) Az SDSS elemei

18 Apache Point Obszervatórium Apache Point, Új Mexikó, a White Sands National Monument közelében

19 Az SDSS távcső

20 Megfigyelési stratégia A képek 2.5 fok széles sávok Elkerüljük a Tejútrendszer sikját A déli féltekén többszörös (30) expozició A képek 2.5 fok széles sávok Elkerüljük a Tejútrendszer sikját A déli féltekén többszörös (30) expozició

21 Az SDSS körvonalai

22 Több-szinű fotometria •SDSS 5 szinben készit képeket •  ~1500 Å,  ~5000 Å •30,000 galaxis/perc •150 milló galaxis, 150 millió csillag •10,000 négyzetfok, az ég ¼-e •`drift-scan’: a Földdel együtt forog a távcső •Másodpercenként 8MB

23 A galaxisok vöröseltolódása  távolság A SDSS Redshift Survey: 1 millió galaxis - ebből 100,000 elliptikus (z=0.4) 100,000 kvazár 100,000 csillag Két spektrográf átfogás 3900-9200 Å. egyszerre 640 spektrum 1.5 Å felbontás Az adatfeldolgozás teljesen automatikus A spektroszkópia

24 A célok kiválasztása Egyszerre 3 fok átmérő Összesen 2200 megfigyelés, egyenként 1 óráig Egyidejűleg 640 spektrum Egyszerre 3 fok átmérő Összesen 2200 megfigyelés, egyenként 1 óráig Egyidejűleg 640 spektrum

25 A műszerek

26 A kamera

27 A “csíkos” ég

28 Kalibrációk A légkör áteresztőképessége állandóan változik: kalibráció szükséges Robot-távcső: automatikusan követi a fő távcsövet A légkör áteresztőképessége állandóan változik: kalibráció szükséges Robot-távcső: automatikusan követi a fő távcsövet

29 Az első képek 1998 május 9

30 NGC 2068

31 UGC 3214

32 NGC 6070

33 A spektrogáfok

34 Az üvegszálak •A galaxisok fényét vezetik a spektrográfba •Összesen 640 üvegszál •A galaxisok fényét vezetik a spektrográfba •Összesen 640 üvegszál

35 Az első spektrumok

36 Elliptikus galaxis (E)

37 Spirál Galaxis (Sc) Spirál galaxis (Sc)

38 Irreguláris galaxis (Irr)

39 Kvazár

40 Adatáramlás

41 Automatikus adatfeldolgozás

42 Katalógus800 GB 300 millió csillag és galaxis, 400 paraméter Távolságok 1 GB 1.2 millió galaxis és kvazár Kivágott képek 3 TB 5 szinű kivágás x 300 millió Spektrumok 60 GB 1 dimenziós alakban Egyéb katalógusok 20 GB - galaxishalmazok - kvazár abszorpciós vonalak Katalógus800 GB 300 millió csillag és galaxis, 400 paraméter Távolságok 1 GB 1.2 millió galaxis és kvazár Kivágott képek 3 TB 5 szinű kivágás x 300 millió Spektrumok 60 GB 1 dimenziós alakban Egyéb katalógusok 20 GB - galaxishalmazok - kvazár abszorpciós vonalak A processzált adatok

43 A legtávolabbi kvazárok A hét legtávolabbi kvazárt az SDSS találta! 2000 tavasza: 5.3 és 5.8 vöröseltolódás 2001 tavasza: 6.0 és 6.28 2000 tavasza: 5.3 és 5.8 vöröseltolódás 2001 tavasza: 6.0 és 6.28

44 Barna törpék SDSS & 2MASS SDSS T-dwarf (June 1999)

45 Az első 35,000 távolság

46 Fluktuációspektrum •Az eddigi legpontosabb mérése az Univerzum fluktuációspektrumának (Szalay etal 2001) – hiba 5% •Első alkalom, hogy a mikrohullámú háttér mérései és a galaxiseloszlás átfednek –Pontos mérése az amplitudónak és a csúcs helyének –Az Univerzum görbülete 0 közelében –Konzisztens a kozmológiai konstans 0.7 körüli értékével •Ez a teljes SDSS adatoknak csak 2%-a, és csak az égen mért poziciót használtuk •Ha távolságokat is figyelembevesszük, várható pontosság kb. 1-2%

47 Jelenlegi helyzet •Mintegy 2000 négyzetfokról elkészültek a képek •200,000 spektrum készen •Nyilvános adatok: –600 négyzetfok, 15 milló objektum –50,000 spektrum •Több nyelvű honlap (angol, német, japán), amely iskolások számára készült, tele érdekességekkel (Microsoft/Compaq segitségével) •A következő év folyamán mindenféle feladatokat készitünk, amelyben a gyerekek maguk megismételhetik Hubble méréseit http://skyserver.fnal.gov •Szeptember végére az ELTE-n saját kópia

48 Merre tovább? •Távcsövek felülete csak lassan növekszik •Spektroszkópia 18 havonta duplázódik •CCD pixelek évente duplázódnak •Egyre több az adat... •Hogyan tudjuk ezeket elérni és analizálni?

49 • A következő generáció térképei teljesen megváltoztatják a mai csillagászatot az ég nagy részét lefedik homogén, jól kalibrált katalógusok 5 éven belül 11 hullámhosszon készül térkép - SDSS + FIRST, GALEX, PRIME • A technológia az adatok kezelésére már elérhető és egyre jobb lesz • Adatbányászat (“Data mining”) rengeteg új felfedezéshez vezet majd • A katalógusok integrálása a következő nagy feladat: => Virtuális Obszervatórium Az Univerzum Mega-Térképei

50 Magyar hozzájárulások Budavári Tamás (JHU/ELTE) Csabai István (ELTE) Szapudi István (U. Hawaii) Szokoly Gyula (Potsdam) Szalay Sándor (JHU/ELTE)

51 Összefoglalás Az SDSS projekt ötvözi a csillagászat, fizika, számitástudomány eszközeit Máris lényegesen befolyásolja az Univerzumról alkotott képünket Megméri, hogyan keleteztek az Univerzum legnagyobb képződményei A‘virtuális univerzum’ nem csak csillagászok számára lesz érdekes Évtizedekig ez lesz az egyik fő csillagászati referencia-térkép Alapjában változtatja meg a csillagászat szociológiáját

52 www.sdss.org skyserver.fnal.gov