天文学家在绘制天空中几乎无穷无尽的恒星和星系的地图上，只触及了皮毛。利用超级计算机，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员现在已经揭示了20多万个新天体的位置。他们的目标是绘制更多的地图，并利用这些知识来预测宇宙的最终命运。
自2017年以来，哈比-埃伯利望远镜暗能量实验(HETDEX)扫描了德克萨斯州西部戴维斯山脉的黑暗天空，敏锐地捕捉了100亿光年外星系中性氢发射的莱曼- α频率光的光谱数据。这些星系从氢发出一种标志性波长的光，向天文学家发出新恒星剧烈生成的信号。
HETDEX合作涉及一个庞大的团队，包括来自美国和德国六个学术机构的天文学家、工程师、技术人员和研究生。
研究人员首次对天文物体进行了编目——在高红移的情况下绘制了超过51,863个莱曼-阿尔法发射星系;123,891个红移较低的恒星形成星系;5274个低红移的非发射线星系;4976个活动星系核(AGN)——标志着黑洞存在的亮点。
描述该目录的论文发表在2023年2月的《天体物理学杂志》上。
德克萨斯大学奥斯汀分校(UT Austin)的研究科学家、该研究的合著者艾琳·门图奇·库珀(Erin Mentuch Cooper)说:“我们刚刚首次记录了红移的数量。”Cooper是HETDEX项目的数据管理员。
“在HETDEX目录中有一个天文学探索的金矿。这就是我喜欢它的原因，”该研究的合著者卡尔·格布哈特说，他是德克萨斯大学奥斯汀分校自然科学学院天文学的赫尔曼和琼·卡斯特教授。Gebhardt是HETDEX的项目科学家和首席研究员。
一颗恒星的红移告诉天文学家一颗恒星远离地球的速度有多快，因为它的频率(类似于它的颜色)在远离地球的过程中会变低，就像火车经过时的喇叭声一样。
恒星移动得越快，距离就越远。这种速度和距离之间的关系被称为哈勃定律，它可以确定一个星系的位置，并允许天文学家用HETDEX创建一个包含20多万颗恒星和星系的3D地图。
“这只是我们将发现的一小部分，但这是一个良好的开端。HETDEX的最终目标是绘制100万个红移星系，”库珀说。
HETDEX与以前的大型巡天相比是独特的，因为它是一次非目标巡天，覆盖了天空，并从可见积分场可复制单元光谱仪(VIRUS)的35000根光纤电缆中收集光谱。
病毒从遥远的星系获取星光，并像棱镜一样将光分解成不同的组成颜色。HETDEX对天空进行平铺，在月球大小的天空中收集35000个光谱，并从一个点移动到另一个点。它每年收集大约500-600小时的观测数据。
格布哈特说:“我们拥有地球上最大的光谱仪器，我们正在进行时间最长的调查之一男生女生一起差差打扑克。”“为了分析这些数据，我们需要最快的计算机，这就是TACC的用武之地。TACC负责这项大型调查的所有数据存储和所有数据分析。”
望远镜的数据通过高速线路以每秒100千兆比特的速度直接传输到TACC Corral数据存储系统。
“TACC和我们一起努力简化我们的系统，而且效果非常好。我们可以在几天内处理多年的数据，在TACC系统上可能需要一周的时间。我们多次这样做，因为我们不断调整和改进我们的方法，”格布哈特补充道。
HETDEX使用德克萨斯高级计算中心的Maverick和Stampede2超级计算机，该中心是位于德克萨斯大学奥斯汀分校的领先学术超级计算中心。Stampede2由美国国家科学基金会资助，是美国数千名科学家的共享资源。他们在TACC的Corral系统上帮助处理和分析了大约60tb的图像数据。
更重要的是，库珀和同事们已经与TACC合作，创建了JupyterHub对数据的公共访问。
“任何拥有任何学术证书的人都可以获得TACC账户，并通过网络浏览器访问我们的数据。我们要让他们访问我们所有的数据。这只是目前的目录。但是，未来将提供来自HETDEX的科学遗产潜力。TACC正在帮助建立这个系统。”
该目录中一个有趣的亮点是发现了一个具有强莱曼α光发射的活动星系核(AGN)。Gebhadt与德克萨斯大学奥斯汀分校天文学博士后研究员Chenxu 豌豆直播 Liu共同撰写了一项研究，该研究于2022年11月发表在《天体物理学杂志》上。它展示了一个周围没有主星系的黑洞的有趣证据。
“这就是我所说的‘裸黑洞’，”格布哈特说。“目前还没有得到证实，但我们怀疑它们可能存在。只有像HETDEX这样的调查才能找到这些。”
HETDEX产生的科学增加了对整个宇宙膨胀的更大理解，根据哈勃太空望远镜在2019年对超新星的精确观测，它的增长出乎意料地比预期的快得多，超新星就像宇宙的尺度。
HETDEX的圣杯是对100亿年前宇宙膨胀率的精确测量，它将揭示暗能量的物理模型。
天文学家们在如何解释当前膨胀速率的测量方法上意见不一。理解它可能需要修改引力理论，或者改变基本的大爆炸理论。这可能是一种未知粒子的杰作。
宇宙早期膨胀率的精确值可以与今天的膨胀率进行比较。这种比较可以决定宇宙是否会永远膨胀下去，还是会在数十亿年后的某一天自行坍缩。
“HETDEX项目的全部意义在于测量宇宙的膨胀，”格布哈特说。
“这个新目录增加了有价值的数据，最终回答了‘百万星系’的问题，这是HETDEX合作在未来一年非常努力的工作。但这里有一个更大的图景，这就是我们回报社会的东西，不仅仅是世界各地的科学家，而是整个社会。如果没有TACC的超级计算资源和专家，我们不可能完成这项工作，因为我们有计算能力对数据进行多次分析，并继续改进流程。”
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