p Ver é crer, ou assim diz o ditado. p E em alguns casos, um mundo de faz-de-conta pode ajudá-lo a perceber o que está realmente vendo, também.

p Os cientistas estão criando universos simulados, por exemplo - completo com maquetes de matéria escura, galáxias geradas por computador, quase quasares, e pseudo supernovas - para entender melhor as observações do mundo real.

p Seu objetivo é imaginar como os novos levantamentos do céu baseados na Terra e no espaço verão o universo, e para ajudar a analisar e interpretar o vasto tesouro de dados que essas pesquisas irão acumular.

p "Queremos ser capazes de começar a correr assim que obtivermos dados reais, "disse Stephen Bailey, um físico do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) que é o líder técnico e gerente de sistemas de dados para um projeto de mapeamento do céu em 3-D conhecido como Instrumento Espectroscópico de Energia Escura, ou DESI, que está programado para começar a observar em 2019.

p Várias equipes DESI estão construindo simulações separadas preenchidas com os muitos tipos de objetos que DESI encontrará. "O que isso vai parecer para DESI?" Perguntou Bailey. "Qual é o espectro real, ou assinatura de luz, que o DESI vai observar? Temos que ter certeza de que os objetos simulados têm as cores certas e abundância química. "

p John Moustakas, um professor assistente de física no Siena College em Nova York que também está trabalhando nas simulações para o DESI, adicionado, "E isso é desafiador porque nada como o DESI existe."

p Os modelos computadorizados são informados por observações de levantamentos anteriores e por simulações em grande escala do universo que explicam a física complexa, incluindo matéria escura, uma forma desconhecida de matéria que, junto com a energia escura, compõe cerca de 95 por cento da massa e energia total do universo.

p "Na medida do possível, as simulações são baseadas em modelos de objetos reais - retirando todas essas peças de outras pesquisas, "Disse Moustakas." Talvez em um mundo perfeito esses fossem modelos puramente teóricos, mas não entendemos galáxias bem o suficiente para ser capaz de fazer isso. "

p E embora haja dados de pesquisas anteriores, DESI verá o céu de uma maneira diferente. “Você tem que extrair todas as partes dos instrumentos de todas essas outras pesquisas para chegar a:'Esta é a aparência de outras galáxias, intrinsecamente, '", disse ele. ele disse, os cientistas devem descobrir como o conjunto único de instrumentos do DESI os verá.

p Os objetos simulados e universos criados e refinados usando poderosos supercomputadores, incluindo o Centro Nacional de Computação Científica de Pesquisa Energética (NERSC) do Berkeley Lab, deve levar em consideração o ruído atmosférico da Terra, e as condições climáticas e de iluminação, incluindo as fases da lua, que afetam as observações.

p DESI operará a partir do telescópio Nicholas U. Mayall de 4 metros no Observatório Nacional Kitt Peak no Arizona. Ele medirá a luz de dezenas de milhões de galáxias e outros objetos com um arranjo cuidadosamente coreografado de 5, 000 robôs giratórios - cada um apontando um cabo de fibra óptica para um objeto espacial visado. A matriz robótica percorrerá uma sequência de objetos, observando até 11 bilhões de anos atrás na história do nosso universo.

p A luz capturada pelo DESI fornecerá medições precisas que ajudarão os cientistas a reconstituir a evolução do universo e aprender mais sobre a energia escura, que é responsável pelo misterioso universo, expansão acelerada. Berkeley Lab é o laboratório líder do projeto DESI, e a colaboração agora envolve cerca de 200 cientistas em 40 instituições.

p Alex Smith, um estudante de graduação na Durham University na Inglaterra e um membro colaborador do DESI, trabalhou com uma equipe para desenvolver um catálogo de galáxias para DESI que explora uma simulação poderosa de como a matéria do universo evoluiu nos últimos 13 bilhões de anos.

p Realizado no Jülich Supercomputer Center na Alemanha, esta simulação Millennium-XXL usou 12, 000 núcleos de computador - o equivalente a cerca de 300 anos de tempo de processamento de computador. Gerou cerca de 100 terabytes de dados, que é quase tantos dados quanto o Telescópio Espacial Hubble transmitiu em imagens espaciais durante seus primeiros 24 anos de operação.

p O catálogo de galáxias fictício que a equipe de Smith desenvolveu se concentrou no mesmo um terço do céu que o DESI pesquisará. O catálogo mostra como o agrupamento e o 'redshift' de galáxias - a cor baseada em sua distância e movimento para longe de nós - mudam com o tempo e provavelmente aparecerão para DESI.

p Devido à expansão cósmica, objetos muito distantes parecem mais vermelhos e mais fracos. Catálogos de simulação anteriores não levaram em consideração essas mudanças no redshift, Smith disse.

p "É importante ter catálogos simulados com propriedades realistas - que sejam semelhantes a como pensamos que a pesquisa real será, " ele adicionou.

p A pesquisa de sua equipe usou um método conhecido como distribuição de ocupação de halo, ou HOD, para modelar o número médio de galáxias e seu brilho com base nas simulações detalhadas da pesquisa Millennium-XXL da distribuição de matéria escura. Em modelos de matéria escura, a matéria se forma dentro de aglomerados de matéria escura conhecidos como halos, e as galáxias são envolvidas por esses halos.

p Smith observou que a distribuição de galáxias dentro desses halos, e outras propriedades incorporadas no catálogo mais recente, são retirados de dados coletados em pesquisas anteriores, incluindo o Sloan Digital Sky Survey e o Galaxy and Mass Assembly Survey.

p As galáxias no catálogo são simplificadas para seu brilho, pois aparecerá em uma das bandas de comprimento de onda que o DESI fará a varredura. O catálogo simulado também pretende simular o tipo de galáxias que serão visadas durante as condições do céu que favorecem objetos mais brilhantes, como aqueles que existem na época do amanhecer e do pôr do sol, ou quando a lua está mais brilhante no céu, por exemplo. Simulações separadas levarão em conta as condições de visualização mais escuras.

p "O catálogo de simulação que criei presume que você pode observar tudo com precisão perfeita, "Smith observou, portanto, propriedades adicionais precisarão ser adicionadas para simular o clima e outros efeitos. A colaboração DESI tem acesso a uma década de estatísticas meteorológicas coletadas no Observatório Nacional Kitt Peak, Disse Bailey.

p Mesmo após o início da pesquisa DESI, os cientistas da colaboração continuarão a adaptar e melhorar os modelos.

p "Há um componente de aprendizagem nisso, "Moustakas disse." À medida que começamos a observar as coisas, em seguida, usaremos esses objetos direcionados para construir modelos melhores do que esses objetos são. "

p Depender demais de simulações também pode ser um problema, Cientistas do DESI observaram, portanto, as observações fornecerão uma verificação da realidade necessária. Por exemplo, objetos superbrilhantes chamados quasares, que estão entre os alvos para DESI, têm sido particularmente difíceis de simular.

p "Você não quer acreditar muito nas suas simulações, porque a natureza é muito mais dura, "Moustakas disse.

p Bailey acrescentou, "No momento, estamos iniciando outros experimentos; então, estaremos iniciando nós mesmos."

p Smith observou que, para se preparar para pesquisas cada vez maiores, Haverá uma necessidade de modelos mais detalhados e precisos para identificar a natureza da energia escura e da gravidade, por exemplo.

p "Ser capaz de fazer medições cosmológicas com a alta precisão necessária para poder distinguir todos esses modelos viáveis, é muito importante ter catálogos simulados cada vez mais realistas, " ele disse.