探索宇宙首部曲 — 臺(tái)大和清大天文學(xué)家參與 DESI 暗能量光譜儀計(jì)畫 首次公開(kāi)近200萬(wàn)筆天體光譜數(shù)據(jù)

過(guò)去30年來(lái)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙不只正在膨脹，且膨脹速率越來(lái)越快。宇宙加速膨脹是當(dāng)代科學(xué)的未解之謎，沒(méi)有任何已知的物理能夠解釋這個(gè)現(xiàn)象?？茖W(xué)家稱這個(gè)宇宙謎團(tuán)為「暗能量」。

為更深入了解暗能量，來(lái)自全球超過(guò)70多所研究機(jī)構(gòu)的數(shù)百名科學(xué)家和工程師，聯(lián)合建造了一個(gè)名為DESI（Dark Energy Spectroscopic Instrument 暗能量光譜儀）的新型強(qiáng)大儀器，並將DESI安裝在座落於美國(guó)亞利桑那州的Mayall望遠(yuǎn)鏡上。預(yù)計(jì)在2025年，DESI計(jì)畫將會(huì)觀測(cè)超過(guò)4000萬(wàn)個(gè)天體，包含銀河系中的恆星、遙遠(yuǎn)的星系、乃至宇宙早期誕生的超大質(zhì)量黑洞，並繪製有史以來(lái)最大的宇宙三維圖，從中探究暗能量的本質(zhì)。

在今年6月13日，DESI計(jì)畫首次公開(kāi)其所收集將近200萬(wàn)個(gè)天體在計(jì)畫初期所取得的數(shù)據(jù)，供全世界天文學(xué)家自由探索。此次公開(kāi)初期數(shù)據(jù)為DESI計(jì)畫的重要里程碑，向國(guó)際天文學(xué)界展示DESI卓越的觀測(cè)效能以及高品質(zhì)數(shù)據(jù)。在達(dá)成這個(gè)重要里程碑中，2位臺(tái)灣玉山青年學(xué)者各自帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，扮演非常重要的角色：國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)天文物理研究所暨物理學(xué)系助理教授藍(lán)鼎文，以及國(guó)立清華大學(xué)天文研究所暨物理學(xué)系助理教授 Andrew Cooper。這項(xiàng)研究成果近期已發(fā)表在國(guó)際《天文物理期刊》特刊中。

DESI利用超快速微型機(jī)器手臂和先進(jìn)的光纖所結(jié)合而成的5000個(gè)「眼睛」，能同時(shí)透過(guò)大型望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)。每個(gè)DESI的「眼睛」可以觀測(cè)到一個(gè)由數(shù)千個(gè)顏色所組成的光譜，研究團(tuán)隊(duì)能利用這個(gè)光譜訊息來(lái)精準(zhǔn)測(cè)量每顆恆星或星系的距離、運(yùn)動(dòng)方式和組成成分。

藍(lán)鼎文教授統(tǒng)籌一個(gè)由數(shù)十位科學(xué)家所組成的團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)檢驗(yàn)DESI星系光譜數(shù)據(jù)品質(zhì)是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。透過(guò)專業(yè)經(jīng)驗(yàn)逐一檢視上萬(wàn)筆DESI計(jì)畫執(zhí)行初期所取得的光譜數(shù)據(jù)，並藉此測(cè)試DESI自動(dòng)分析演算法的表現(xiàn)。結(jié)果顯示DESI觀測(cè)所取得的光譜有極佳的品質(zhì)，且DESI開(kāi)發(fā)的分析軟體準(zhǔn)確率超過(guò)99%。藍(lán)教授說(shuō)明：「我們對(duì)DESI進(jìn)行一系列嚴(yán)格的測(cè)試，而它以最高標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)所有的測(cè)試。我們現(xiàn)在對(duì)DESI非常有信心，它已經(jīng)準(zhǔn)備好執(zhí)行揭露暗能量奧秘的任務(wù)?！?/p>

不僅能探究暗能量，DESI計(jì)畫將使用其四分之一的時(shí)間，觀測(cè)超過(guò)700萬(wàn)個(gè)銀河系中的遙遠(yuǎn)恆星。透過(guò)這些觀測(cè)，DESI團(tuán)隊(duì)將能了解銀河系是如何隨時(shí)間演化、並探尋神秘的暗物質(zhì) — 另一宇宙未解之謎。Andrew Cooper教授是DESI計(jì)畫中，負(fù)責(zé)此重要部分的30多位天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)的2位領(lǐng)導(dǎo)者之一。他的論文總結(jié)這次公開(kāi)數(shù)據(jù)中約50萬(wàn)筆恆星光譜資料的新觀測(cè)結(jié)果。清大學(xué)生也是銀河系研究團(tuán)隊(duì)的成員，並在此研究中有所貢獻(xiàn)。Andrew Cooper教授表示：「銀河系或許只是宇宙億萬(wàn)個(gè)星系其中小小的一個(gè)，但他卻非常重要。因?yàn)樗粏螁问俏覀兊募?，也是我們最能?xì)細(xì)研究的實(shí)驗(yàn)室?！?/p>

臺(tái)大和清大的研究團(tuán)隊(duì)正如火如荼地分析DESI所取得的海量數(shù)據(jù)。藍(lán)鼎文教授說(shuō)明：「大數(shù)據(jù)需要全新的研究想法和技術(shù)。我們團(tuán)隊(duì)正開(kāi)發(fā)AI處理數(shù)據(jù)的新方法，與來(lái)自世界各地的專家合作，一同探索宇宙的奧秘?！笰ndrew Cooper教授補(bǔ)充：「我們相信數(shù)據(jù)中一定存在著一些無(wú)人預(yù)料的全新發(fā)現(xiàn)正在等著我們?！?/p>

2位教授都對(duì)臺(tái)灣的研究機(jī)構(gòu)能參與DESI這種國(guó)際大型計(jì)畫感到高興，並強(qiáng)調(diào)：「當(dāng)代天文研究重視團(tuán)隊(duì)合作。代表臺(tái)灣有很多的機(jī)會(huì)，而臺(tái)灣擁有許多專業(yè)優(yōu)秀的人才。非常感謝教育部、國(guó)科會(huì)以及2所大學(xué)的支持，讓我們能提供這些機(jī)會(huì)給在臺(tái)的學(xué)生和研究人員，並在培養(yǎng)下一代天文學(xué)家上盡一份心力?！?/p>

DESI計(jì)畫是由美國(guó)能源部科學(xué)辦公室和國(guó)家能源研究科學(xué)計(jì)算中心所支持，後者為國(guó)家能源部科學(xué)辦公室的使用者設(shè)施。額外支持DESI的機(jī)構(gòu)包含美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、英國(guó)科學(xué)與技術(shù)設(shè)施委員會(huì)、戈登和貝蒂·摩爾基金會(huì)、海辛-西蒙斯基金會(huì)、法國(guó)替代能源和原子能委員會(huì)（CEA）、墨西哥國(guó)家科學(xué)與技術(shù)委員會(huì)、西班牙科學(xué)與創(chuàng)新部以及DESI成員機(jī)構(gòu)。

DESI團(tuán)隊(duì)非常榮幸能被授權(quán)在Iolkam Du’ag (Kitt Peak)這座對(duì)於the Tohono O’odham Nation有重大意義的山上進(jìn)行科學(xué)研究。

補(bǔ)充資料：

• DESI計(jì)畫首頁(yè)：https://www.desi.lbl.gov/
• DESI公開(kāi)數(shù)據(jù)網(wǎng)頁(yè)：https://data.desi.lbl.gov/doc/
• DESI公開(kāi)數(shù)據(jù)系列論文：https://iopscience.iop.org/collections/1538-3881_early-data-from-desi
• 藍(lán)鼎文老師主導(dǎo)光譜檢驗(yàn)成果 期刊連結(jié)：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aca5fa
• Andrew Cooper老師主導(dǎo)銀河系觀測(cè)成果 期刊連結(jié)：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acb3c0
• DESI計(jì)畫的介紹影片(來(lái)源： Fiske Planetarium)
  https://www.youtube.com/watch?v=bYKUb05mnPk&t=146s&ab_channel=FiskePlanetarium
• DESI 5000個(gè)微型機(jī)械手臂和光纖 製作過(guò)程介紹 (來(lái)源： Marilyn Sargent/Berkeley Lab)
  https://www.youtube.com/watch?v=g1LVMox0KNc&ab_channel=BerkeleyLab
• 使用這次公開(kāi)數(shù)據(jù)中約70萬(wàn)個(gè)天體所產(chǎn)生的宇宙3D圖影片 (來(lái)源： David Kirkby / DESI collaboration)
  https://www.youtube.com/watch?v=8LGB5PYhP8Q&ab_channel=BerkeleyLab