Astronomen, natuurkundigen en wetenschapsliefhebbers vingen deze week de eerste glimp op van oogverblindende, nooit eerder geziene beelden van het universum van een kolos-telescoop in het Vera Rubin Observatory in het noorden van Chili. Gloeiende sterrenstelsels, wervelende roze nebulas en duizenden asteroïden werden op een ongekende schaal te zien.
Wanneer het Observatorium later dit jaar begint met zijn Legacy Survey of Space and Time (LSST), wordt verwacht dat het een revolutie teweeg zal brengen in de astronomie door een kosmische schatkist van gegevens over de sterrenstelsels in het volgende decennium te veroveren. Maar het analyseren van al die gegevens zou niet mogelijk zijn zonder hulp van wetenschappers in Pittsburgh.
“LSST zal elk punt van de zuidelijke hemel ongeveer 800 keer observeren, en omdat het die 40 miljard objecten zo vaak observeert, betekent dit dat er effectief 30 biljoen observaties zullen zijn,” zei Rachel Mandelbaum, het interim-hoofd van Carnegie Mellon University’s Department of Physics en de primaire belegger van de universiteit die achter de scenes biedt voor de LSST.
De gegevens van het Rubin -observatorium zullen verder gaan dan wat astronomen eerder hebben geworsteld, zei Mandelbaum. Zij en andere CMU-onderzoekers maken deel uit van een team dat state-of-the-art analytische tools ontwikkelt die in staat zijn om de enorme datasets te verwerken die naar verwachting uit de Rubin-telescoop komen.
Gebouwd op de top van Cerro Pachón in Noord -Chili, wordt het observatorium strategisch geplaatst waar droge lucht en donkere luchten een van ’s werelds beste observatielocaties bieden. Elke nacht worden afbeeldingen vastgelegd door Rubin’s telescoop van Chili overgebracht naar datacenters over de hele wereld.
Duizenden ontdekkingen werden onthuld in de eerste afbeeldingen die maandag werden uitgebracht, waaronder meer dan 2.100 asteroïden die nog nooit eerder zijn gezien. De beelden werden genomen meer dan 10 uur testobservaties, een fractie van de decennia lange missie van het observatorium om de zuidelijke hemel te verkennen. Verwacht wordt dat de LSST de komende 10 jaar beelden van ongeveer 20 miljard sterrenstelsels vastlegt.
Met behulp van een 3200-megapixelcamera-de grootste ter wereld-zal de LSST elke nacht 20 terabytes aan gegevens produceren met een ultrahoge definitie. Volgens het Observatorium zouden 400 4K high-definition televisiesschermen nodig zijn om de afbeeldingen op originele grootte te bekijken. In totaal zal het project naar verwachting 60 petabytes aan gegevens produceren.
Het LINCC (LSST Interdisciplinaire netwerk voor samenwerking en computing) Frameworks Project, een samenwerking tussen CMU en de Universiteit van Washington, creëerde de complexe computersoftware die nodig is om te voldoen aan de schaal en complexiteit die door de LSST wordt geëist.
Volgens Jeremy Kubica, de directeur van LINCC Frameworks, die een Ph.D. In robotica van CMU bestond de software -infrastructuur om gegevens op deze schaal te analyseren een paar jaar geleden niet.
“LSST zal triljoenen observaties genereren die wetenschappers zullen willen graven om nieuwe ontdekkingen te doen,” zei hij. “En eerdere manieren van werken, zoals het downloaden van de gegevensset en het lokaal analyseren, zal gewoon niet haalbaar zijn.”
LINCC -frameworks bracht een multidisciplinair team samen om de bekwaamheid van CMU en UW te benutten in fundamentele wetenschap, kunstmatige intelligentie, robotica, engineering en data -analyses.
Eén programma ontwikkeld door het LINCC-team gebruikt computationele methoden om moeilijk te zien asteroïden te verlichten. Door hun bewegingen af te stemmen op basis van hypothetische trajecten, zei Kubica dat de nieuw zichtbare asteroïden inzicht zouden kunnen geven in de vorming van het zonnestelsel.
“Het idee erachter is dat als je een aantal afbeeldingen maakt die allemaal uitgelijnd zijn en je ze op elkaar stapelt, je kunt dimmer objecten zien,” dat je niet in een enkele afbeelding kunt zien, legde hij uit. “We hopen een hele reeks objecten te vinden die we niet zouden kunnen vinden met andere asteroïde technieken.”
Andere afgestudeerden van CMU werken aan het verbeteren van de afbeeldingen die door de telescooplens zijn verzameld, nog verder door het gebruik van computationele methoden om details te verbeteren. Chanhyuk Park, een Ph.D. Kandidaat bij CMU werkt samen met het Amerikaanse ministerie van Energie en het National Laboratory van Argonne om methoden te ontwikkelen om de Rubin -gegevens te analyseren.
Meer dan een dozijn faculteit, personeel en studenten van CMU hebben de afgelopen twee decennia gewerkt aan het plannen van het Rubin Observatory en het onderzoek.
Ook werken aan het LSST -project zijn onderzoekers van de afdeling natuurkunde en astronomie van de Universiteit van Pittsburgh. Hun werk zal onderzoekers helpen om de melkwegafstanden voor 3D -kaarten nauwkeuriger te meten, veranderingen tussen observaties beter te detecteren en gegevens over de hele wereld te verspreiden.
Michael Wood-Vasey, professor natuurkunde en astronomie bij Pitt, heeft de wetenschapsplanning voor Supernova Science met de LSST al 15 jaar geleid. Hij zei dat de samenwerking tussen wetenschappers is wat het mogelijk heeft gemaakt om een catalogus van gegevens op te slaan, op te slaan en te delen met miljarden inzendingen.
“Het hebben van zo’n team van uitstekende software -ingenieurs met astronomische ervaring en begrip gecombineerd met astronomen die context hebben van het gebruik van dingen in grote enquêtes heeft goed gewerkt met het Rubin Construction Project,” zei hij.
Het werk van Wood-Vasey richt zich op het ontdekken van de aard van donkere energie, een mysterieuze kracht die het universum met een versnellende snelheid uitbreidt. De LSST zal naar verwachting nieuwe informatie verstrekken over donkere energie en de impact ervan op het universum. Wood-Vasey zei dat dit slechts één laag van de veelheid aan nieuwe informatie is die naar verwachting uit de enquête zal komen.
“In vroegere enquêtes zouden we gewoon hele regio’s van de lucht leegmaken,” zei hij. “Maar LSST is voor iedereen en is voor alle wetenschap.”
Naarmate de LSST begint met het produceren van gegevens en afbeeldingen, hebben ze opslag en analyse nodig. Dat betekent dat het werk van computationele experts net begint, volgens Kubica.
“De enorme grootte betekent dat de latere stadia in de pijplijn nog steeds computationele uitdagingen voor de wetenschappers vormen,” legde Kubica uit. “Ons doel is echt om de wetenschappers in staat te stellen door computationele knelpunten te vinden en te verwijderen in de wetenschappelijke analyse van de gegevens.”
Naast de huidige state-of-the-art data-analyse van LincC merkte Mandelbaum op dat nieuwe computationele strategieën nodig kunnen zijn naarmate er nieuwe ontdekkingen worden gedaan.
“Nieuwe gegevenssets geven aanleiding tot nieuwe vragen terwijl we fenomenen identificeren die we nog niet eerder hebben gezien,” zei Mandelbaum. “Een van de dingen waar we hier allemaal enthousiast over zijn, is de verandering in wetenschappelijk perspectief die het gevolg is van de LSST en volledig nieuwe vragen die we kunnen stellen met behulp van de gegevens.”
