Esta imagem é uma fatia de uma simulação muito maior que descreve o cosmos como o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA o verá quando for lançado. Cada gota e partícula de luz representa uma galáxia distante, exceto os pontos pontiagudos semelhantes a ouriços, que representam… Crédito: C. Hirata e K. Cao (OSU) e Goddard Space Flight Center da NASA”
Cientistas do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA contribuíram para um projeto que prepara o terreno para dois telescópios investigarem um dos maiores mistérios da astrofísica.
Os pesquisadores estão mergulhando em um universo sintético para nos ajudar a entender melhor o universo real. Usando supercomputadores no Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos EUA, em Illinois, os cientistas criaram quase 4 milhões de imagens simuladas que retratam o cosmos como o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA e o Observatório Vera C. Rubin no Chile irão vê-lo.
Michael Troxel, professor associado de física na Duke University em Durham, Carolina do Norte, liderou a campanha de simulação como parte de um projeto mais amplo chamado OpenUniverse. A equipe agora está lançando um subconjunto de 10 terabytes desses dados, com os 390 terabytes restantes chegando neste outono, uma vez processados.
Este gráfico mostra parte de uma nova simulação do que o Telescópio Espacial Romano da NASA poderá ver quando for lançado. Ter uma simulação tão realista ajuda os cientistas a estudar muitos tipos de ciência, incluindo testar nossa compreensão da origem, evolução e… Crédito: C. Hirata e K. Cao (OSU) e Goddard Space Flight Center da NASA” “Usando o Argonne agora Com a máquina Theta aposentada, realizamos em cerca de nove dias o que levaria cerca de 300 anos em seu laptop”, disse Katrin Heitmann, cosmóloga e vice-diretora da divisão de Física de Altas Energias de Argonne que administrou o tempo do supercomputador do projeto. As futuras tentativas de Roman e Rubin de iluminar a matéria escura e a energia escura, ao mesmo tempo que oferecem a outros cientistas uma prévia dos tipos de coisas que serão capazes de explorar usando dados dos telescópios.”
Um ensaio geral cósmico
Pela primeira vez, esta simulação teve em conta o desempenho dos instrumentos dos telescópios, tornando-a a antevisão mais precisa do cosmos, tal como Roman e Rubin a verão assim que começarem a observar. Rubin, financiado conjuntamente pela NSF (National Science Foundation) e Doe (Departamento de Energia dos EUA), iniciará operações em 2025, e Roman da NASA será lançado em maio de 2027.
A precisão da simulação é importante porque os cientistas irão vasculhar os dados futuros dos observatórios em busca de pequenas características que os ajudarão a desvendar os maiores mistérios da cosmologia.
Esta foto mostra o agora aposentado supercomputador Theta do Argonne Leadership Computing Facility. Os cientistas usam supercomputadores para simular experiências que não podem realizar na vida real, como a criação de novos universos a partir do zero.
Crédito: Argonne National Laboratory “Roman e Rubin explorarão a energia escura – a força misteriosa que se acredita estar acelerando a expansão do universo. Como ela desempenha um papel importante no governo do cosmos, os cientistas estão ansiosos para aprender mais sobre ela. Simulações como o OpenUniverse ajudam eles entendem as assinaturas que cada instrumento imprime nas imagens e aprimoram os métodos de processamento de dados agora para que possam decifrar corretamente os dados futuros. Assim, os cientistas serão capazes de fazer grandes descobertas, mesmo a partir de sinais fracos.
Este par de imagens simuladas mostra a mesma região do céu que será vista pelo Observatório Vera C. Rubin (à esquerda) e pelo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA (à direita). Roman capturará imagens mais profundas e nítidas do espaço, enquanto Rubin observará… Crédito: J. Chiang (SLAC), C. Hirata (OSU) e Goddard Space Flight Center da NASA” “O OpenUniverse nos permite calibrar nossas expectativas sobre o que nós podemos descobrir com esses telescópios”, disse Jim Chiang, cientista do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC de Doe em Menlo Park, Califórnia, que ajudou a criar as simulações. “Isso nos dá a chance de exercitar nossos pipelines de processamento, entender melhor nossos códigos de análise, e interpretar com precisão os resultados para que possamos nos preparar para usar os dados reais imediatamente assim que eles começarem a chegar.”
Em seguida, eles continuarão usando simulações para explorar a física e os efeitos dos instrumentos que poderiam reproduzir o que os observatórios veem no universo.
Trabalho em equipe telescópico
Foi necessária uma equipe grande e talentosa de diversas organizações para conduzir uma simulação tão imensa.
“Poucas pessoas no mundo são qualificadas o suficiente para executar essas simulações”, disse Alina Kiessling, cientista pesquisadora do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia e principal investigadora do OpenUniverse. “Este enorme empreendimento só foi possível graças à colaboração entre Doe, Argonne, SLAC e NASA, que reuniu todos os recursos e especialistas certos.”
E o projeto aumentará ainda mais quando Roman e Rubin começarem a observar o universo.
“Usaremos as observações para tornar as nossas simulações ainda mais precisas”, disse Kiessling. “Isto dar-nos-á uma maior visão da evolução do Universo ao longo do tempo e ajudar-nos-á a compreender melhor a cosmologia que moldou o Universo.”
As simulações de Roman e Rubin cobrem a mesma área do céu, totalizando cerca de 0,08 graus quadrados (aproximadamente o equivalente a um terço da área do céu coberta pela Lua cheia). A simulação completa a ser lançada ainda este ano abrangerá 70 graus quadrados, aproximadamente a área do céu coberta por 350 luas cheias.
A sobreposição deles permite que os cientistas aprendam como usar os melhores aspectos de cada telescópio —- a visão mais ampla de Rubin e a visão mais nítida e profunda de Roman. A combinação produzirá restrições melhores do que as que os pesquisadores poderiam obter apenas com qualquer um dos observatórios.
“Conectar as simulações como fizemos nos permite fazer comparações e ver como a pesquisa espacial de Roman ajudará a melhorar os dados da pesquisa terrestre de Rubin”, disse Heitmann. “Podemos explorar formas de revelar vários objetos que se misturam nas imagens de Rubin e aplicar essas correções numa cobertura mais ampla.”
Os cientistas podem considerar modificar os planos de observação de cada telescópio ou os canais de processamento de dados para beneficiar o uso combinado de ambos.
“Fizemos avanços fenomenais na simplificação desses pipelines e em torná-los utilizáveis”, disse Kiessling. Uma parceria com o IRSA (Infrared Science Archive) do Caltech/IPAC torna os dados simulados acessíveis agora para que, quando os pesquisadores acessarem dados reais no futuro, eles já estejam acostumados com as ferramentas. “Agora queremos que as pessoas comecem a trabalhar com as simulações para ver quais melhorias podemos fazer e se preparar para usar os dados futuros da forma mais eficaz possível.”
Mais sobre a missão
O OpenUniverse, junto com outras ferramentas de simulação que estão sendo desenvolvidas pelos centros de Operações Científicas e de Apoio Científico da Roman, preparará os cientistas para os grandes conjuntos de dados esperados da Roman. O projeto reúne dezenas de especialistas do JPL da NASA, Doe’s Argonne, IPAC e várias universidades dos EUA para coordenar com as equipes de infraestrutura do projeto romano, SLAC e Rubin LSST DESC (Legacy Survey of Space and Time Dark Energy Science Collaboration). O supercomputador Theta foi operado pela Argonne Leadership Computing Facility, uma instalação de usuário do Doe Office of Science.
O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman é gerenciado no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, com a participação do Jet Propulsion Laboratory da NASA e do Caltech/IPAC no sul da Califórnia, do Space Telescope Science Institute em Baltimore e de uma equipe científica composta por cientistas de vários instituições de pesquisa. Os principais parceiros industriais são BAE Systems, Inc. em Boulder, Colorado; L3Harris Technologies em Rochester, Nova York; e Teledyne Scientific & Imaging em Thousand Oaks, Califórnia.
O Observatório Vera C. Rubin é financiado conjuntamente pela National Science Foundation e pelo Doe Office of Science, com financiamento para construção inicial recebido de doações privadas através da LSST Discovery Alliance.
