本校天文所助理教授安德魯·古柏(Andrew Cooper)參與一項集結全球超過70個研究機構、數百位科學家及工程師的DESI(Dark Energy Spectroscopic Instrument)暗能量光譜儀計畫,14日與國際同步公布自2021年觀測至今的第一批共200萬筆天體光譜,免費提供全球天文學家使用與探索。
「這就像繪製出宇宙的3D地圖。」古柏教授比喻,而且只要點進圖上的一顆恆星,就可以看到它的組成成分與移動方式,科學家們也能根據這張地圖推算出恆星之間的距離。
這項史上最大的星系光譜觀測計畫由美國勞倫斯柏克萊國家實驗室(LBNL)主導,並由美國能源部科學辦公室資助,預計2025年將能觀測到超過4千萬個星系、1千萬顆恆星,包含銀河系中的恆星、遙遠的星系、及超大質量黑洞,繪製出有史以來最大、最詳盡的宇宙3D地圖。
古柏教授表示,過去30年來,天文學家發現宇宙正在加速膨脹,卻無法用已知的物理學來解釋這個現象,只好將這股神秘力量稱為「暗能量」(Dark Energy)。為了解暗能量,跨國研究團隊耗時10年,聯手在美國亞利桑那州打造「暗能量光譜儀」,並從2021年起展開觀測。
古柏教授說明,暗能量光譜儀的前端是由5千個獨立的光纖「眼睛」所組成,每個光纖各由一個小型機器人所控制,能同時透過望遠鏡觀測、捕捉光波;尾端則佈滿感測器,就像裝置的「大腦」,能處理蒐集到的光譜資訊。它具有強大的觀測和分析能力,同時可觀測數千個星系,並以極高的效率輸出高品質的天體光譜。
古柏教授補充,掌握這些光譜能幫助天文學家推算出天體的溫度、質量、表面密度、表面重力強度、金屬含量、朝向或遠離我們的速度等資訊。這些龐大且完整的資料有助於科學家了解宇宙的歷史,並探究宇宙加速膨脹的原因。
在這項大型的跨國天文計畫中,古柏教授是其中「銀河系巡天計畫」(DESI Milky Way)團隊的兩位負責人之一,該團隊由30多位跨國天文學家組成,主要分析銀河系的恆星光譜。團隊這次公開了約50萬顆恆星的資料,研究成果也發表在《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)。
古柏教授說,儘管銀河系只是宇宙億萬星系中的一個小星系,但它非常重要。因為它是我們的家園,也是我們可深入探索的實驗室。比如銀河系的引力主要來自一些看不見的暗物質,團隊若能取得銀河系內大量恆星的光譜,並得出恆星在銀河系各個位置移動的速度,加上金屬成份等訊息,就能繪製出屬於銀河系的3D地圖,藉此尋找暗物質的蹤跡。
來自英國的古柏教授專研天文物理及星系考古學,2019年獲選教育部玉山青年學者,展開在本校天文所的研究與教學。他的專長正是台灣天文學界較少見的數值模擬星系形成技術。
由古柏教授領軍的本校「銀河系考古團隊」投入暗能量光譜儀計畫約4年,他們就像是宇宙考古調查員,要揭開星系在130億年的宇宙歷史中演化之謎。他帶領的清華團隊成員包括印度籍的天文所博士生娜玫達(Namitha),以及博士生廖俐雯和物理系大三生蒲思云。
台灣參加國際暗能量光譜儀計畫的研究團隊除了本校的古柏教授,還包括另一位玉山青年學者──臺大天文物理研究所助理教授藍鼎文,他統籌數十位科學家所組成的團隊,負責檢驗暗能量光譜儀量測出的光譜數據品質是否達標,結果顯示,準確率超過99%。
古柏教授表示,當代天文研究重視團隊合作,他很榮幸與藍鼎文教授一同參與DESI計畫,同時也要感謝教育部、國科會、兩所大學長期對此計畫的支持,讓台灣團隊能在這樣大型的跨國計畫中展現台灣的貢獻,也為培養下一代天文學家盡一份心力。
暗能量光譜儀計畫(DESI)公開數據詳見:https://data.desi.lbl.gov/doc/
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