IU SCA ermöglicht Erforschung der Bulge-Region der Milchstraße: IU News

May 22, 2023

Die Milchstraße, die Galaxie, die die Sonne der Erde umgibt, ist eine Spiralgalaxie mit einer dicht gepackten Gruppe von Sternen in ihrem Zentrum und anderen Sternkörpern, die sich von ihr wegdrehen. Früher ging man davon aus, dass das Zentrum, auch „Bulge“ genannt, aus sehr alten Sternen besteht. In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler herausgefunden, dass der galaktische Bulge eine reichhaltige und komplexe Umgebung ist, die Sternhaufen, einfallende Objekte, die von der Schwerkraft der Milchstraße eingefangen werden, metallreiche Sterne sowie einige der ältesten Sterne der Galaxie enthält. Verschiedene Faktoren, wie die komplexe Geometrie der Sichtlinien zur inneren Galaxie, zusammen mit extremer Ansammlung und lichtundurchlässigen Staub- und Gasregionen, haben es schwierig gemacht, diesen Teil der Galaxie zu untersuchen und zu verstehen.

Der Blanco DECam Bulge Survey (BDBS), ein dreijähriges NSF-finanziertes Projekt, lindert diese Schwierigkeiten, indem er Bilder von etwa 200 Quadratgrad der Bulge-Region der Milchstraße erstellt. Zu diesem Zweck nutzt das Projekt die Dark Energy Camera (DECam), die am Blanco 4m Telescope am Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chile angebracht ist.

Kuppel um das 4-Meter-Blanco-Teleskop am Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO)

Aufgrund der Schwierigkeit, den Bulge zu untersuchen, gelingt es den Forschern, seine Entstehungsgeschichte am besten durch hochwertige Multiband-Bildgebung zu verstehen, die auf die chemische Zusammensetzung der Sterne reagiert und Korrekturen für Aussterben und Rötung entlang einer Sichtlinie ermöglicht . Christian Johnson, Absolvent der Indiana University (Ph.D., 2010) und Forschungswissenschaftler am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, leitet das Projekt zusammen mit Professor R. Michael Rich, Forschungsastronom an der UCLA. Neben der IU, Harvard und der UCLA sind am BDBS-Projekt auch Mitarbeiter des Shanghai Astronomical Observatory, der University of Michigan-Dearborn und der Saint Martin's University beteiligt.

Johnson weist darauf hin, dass das BDBS zur Erfüllung dieser Aufgabe Bilder im nahen Ultraviolett, im optischen und im nahen Infrarotbereich für etwa 250 Millionen Sterne im Bulge erzeugt. „Die Nah-UV-Daten werden die ersten umfassenden Untersuchungen der ältesten Sterne im Bulge ermöglichen und dabei helfen, neue Sternhaufen und Ströme einfallender Materie zu finden. Die optischen und Nah-IR-Daten werden zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Sternen verwendet. Großräumige Strukturen und Altersverteilungen innerhalb der inneren Galaxie sowie Kombinationen aller drei Gruppen werden es uns ermöglichen, die Auswirkungen von Staub im Gas auf unsere Beobachtungen zu quantifizieren.

Eine gruppierte Quelldichtekarte mit 243.959.076 Objekten für den zusammenhängenden BDBS-Fußabdruck. Eine erhebliche Auslöschung schränkt die optische Tiefe entlang der Sichtlinien in der Nähe der galaktischen Ebene ein (hier als dunkler Saum sichtbar), während unvollständige Beobachtungen und/oder schlechte Beobachtungsbedingungen bei einer kleinen Anzahl von Feldern zu weniger Entdeckungen führten (hier erkennbar an niedrigeren mittleren Intensitätsniveaus). Mehr als 25 Kugelsternhaufen sind sichtbar, darunter bemerkenswerte Objekte wie Messier 22 und FSR 1758. Das DECam-Sichtfeld ist auch für einige Felder sichtbar, für die keine Mehrfachditherung erzielt werden konnte. Mit freundlicher Genehmigung von Christian Johnson.

Dr. Johnson arbeitete mit Dr. Michael Young vom Scalable Compute Archive (IU SCA) der Indiana University zusammen, um die Tausenden von DECam-Bildern mithilfe der Karst- und Carbonate-Rechnercluster der Indiana University und des gemeinsamen Speichersystems Data Capacitor II zu verarbeiten und zu analysieren und Milliarden astronomischer Daten zu extrahieren und zu korrelieren Messungen der Bulge-Sterne. Anschließend entwickelte Dr. Young ein System, das es Forschern ermöglichte, diesen großen Datensatz zu durchsuchen, einschließlich eines Portals (https://bdbs.sca.iu.edu) und einer Big-Data-Verarbeitungspipeline. Er begann mit dem Service-Stack und der Codebasis des One Degree Imager – Portal, Pipeline und Archive (ODI-PPA: https://portal.odi.iu.edu), die er umgestaltete und an die Anforderungen des BDBS-Projekts anpasste. Anschließend baute Dr. Young eine Pipeline-Ausführungsumgebung auf, die die in einem Hadoop-Cluster konfigurierten „datenintensiven“ Karst-Knoten nutzt, um fast 250 Millionen Zeilen und 4 Milliarden verschiedene astronomische Messungen zu durchsuchen, wenn Forscher über die Suchoberfläche des Portals eine Abfrage einreichen.

Laut Caty Pilachowski, angesehene Professorin und Daniel Kirkwood-Vorsitzende der Abteilung für Astronomie der Indiana University, „ermöglichen die photometrischen Daten der Durchmusterung den Astronomen, den Ursprung, die Entwicklung und die Struktur des Inneren der Galaxie zu untersuchen. Aus den photometrischen Daten können wir kann das Alter und die Zusammensetzung der verschiedenen Sternenpopulationen bestimmen, aus denen sich der Bulge zusammensetzt, und ihre Ursprünge verfolgen. Das Untersuchungsgebiet umfasst außerdem mehr als ein Dutzend Kugelsternhaufen, bei denen es sich um fossile Relikte früher Episoden der Sternentstehung im Zuge der Entstehung der Galaxie handelt ."