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La misión romana de la NASA obtiene un 'adelanto' cósmico de las supercomputadoras

NASA | 13/06/2024 | 15:04

Los investigadores se están sumergiendo en un universo sintético para ayudarnos a comprender mejor el real. Utilizando supercomputadoras en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los Estados Unidos en Illinois, los científicos han creado casi 4 millones de imágenes simuladas que representan el cosmos como lo verán el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA y el Observatorio Vera C. Rubin, financiado conjuntamente por la NSF (Fundación Nacional de Ciencias) y el DOE, en Chile.
 
Michael Troxel, profesor asociado de física en la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte, dirigió la campaña de simulación como parte de un proyecto más amplio llamado OpenUniverse. El equipo ahora está lanzando un subconjunto de 10 terabytes de estos datos, y los 390 terabytes restantes seguirán este otoño una vez que hayan sido procesados.
 
"Usando la máquina Theta de Argonne, ahora retirada, logramos en unos nueve días lo que habría tomado alrededor de 300 años en su computadora portátil", dijo Katrin Heitmann, cosmóloga y subdirectora de la división de Física de Altas Energías de Argonne, quien administró el tiempo de supercomputadora del proyecto. "Los resultados darán forma a los futuros intentos de Roman y Rubin para iluminar la materia oscura y la energía oscura, al tiempo que ofrecerán a otros científicos una vista previa de los tipos de cosas que podrán explorar utilizando los datos de los telescopios".
 
 
 
Un ensayo general cósmico
 
Por primera vez, esta simulación tuvo en cuenta el rendimiento de los instrumentos de los telescopios, lo que la convierte en la vista previa más precisa hasta ahora del cosmos, tal como Roman y Rubin lo verán una vez que comiencen a observar. Rubin comenzará a operar en 2025 y Roman de la NASA se lanzará en mayo de 2027.
 
La precisión de la simulación es importante porque los científicos revisarán los datos futuros de los observatorios en busca de pequeñas características que les ayudarán a desentrañar los mayores misterios de la cosmología.
 
Roman y Rubin explorarán la energía oscura, la misteriosa fuerza que se cree que está acelerando la expansión del universo. Dado que desempeña un papel importante en el gobierno del cosmos, los científicos están ansiosos por aprender más sobre él. Las simulaciones como OpenUniverse les ayudan a comprender las firmas que cada instrumento imprime en las imágenes y a perfeccionar los métodos de procesamiento de datos ahora para que puedan descifrar correctamente los datos futuros. Entonces los científicos podrán hacer grandes descubrimientos incluso a partir de señales débiles.
 
"OpenUniverse nos permite calibrar nuestras expectativas de lo que podemos descubrir con estos telescopios", dijo Jim Chiang, científico del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del DOE en Menlo Park, California, quien ayudó a crear las simulaciones. "Nos da la oportunidad de ejercitar nuestros procesos de procesamiento, comprender mejor nuestros códigos de análisis e interpretar con precisión los resultados para que podamos prepararnos para usar los datos reales de inmediato una vez que comiencen a llegar".
 
Luego continuarán usando simulaciones para explorar la física y los efectos de los instrumentos que podrían reproducir lo que los observatorios ven en el universo.
 
 
Trabajo en equipo telescópico
 
Se necesitó un equipo grande y talentoso de varias organizaciones para llevar a cabo una simulación tan inmensa.
 
"Pocas personas en el mundo son lo suficientemente hábiles como para ejecutar estas simulaciones", dijo Alina Kiessling, científica investigadora del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en el sur de California e investigadora principal de OpenUniverse. "Esta empresa masiva solo fue posible gracias a la colaboración entre el DOE, Argonne, SLAC y la NASA, que reunió a todos los recursos y expertos adecuados".
 
Y el proyecto se intensificará aún más una vez que Roman y Rubin comiencen a observar el universo.
 
"Usaremos las observaciones para hacer que nuestras simulaciones sean aún más precisas", dijo Kiessling. "Esto nos dará una mayor comprensión de la evolución del universo a lo largo del tiempo y nos ayudará a comprender mejor la cosmología que finalmente dio forma al universo".
 
Las simulaciones de Roman y Rubin cubren la misma parte del cielo, con un total de aproximadamente 0,08 grados cuadrados (aproximadamente equivalente a un tercio del área del cielo cubierta por una Luna llena). La simulación completa, que se lanzará a finales de este año, abarcará 70 grados cuadrados, aproximadamente el área del cielo cubierta por 350 lunas llenas.
 
La superposición de ellos permite a los científicos aprender a utilizar los mejores aspectos de cada telescopio: la visión más amplia de Rubin y la visión más aguda y profunda de Roman. La combinación producirá mejores restricciones de las que los investigadores podrían deducir de cualquiera de los observatorios por sí solos.
 
"Conectar las simulaciones como lo hemos hecho nos permite hacer comparaciones y ver cómo el estudio espacial de Roman ayudará a mejorar los datos del estudio terrestre de Rubin", dijo Heitmann. "Podemos explorar formas de desentrañar múltiples objetos que se mezclan en las imágenes de Rubin y aplicar esas correcciones en su cobertura más amplia".
 
 
Los científicos pueden considerar la posibilidad de modificar los planes de observación de cada telescopio o los canales de procesamiento de datos para beneficiar el uso combinado de ambos.
 
"Hicimos avances fenomenales en la simplificación de estos oleoductos y en hacerlos utilizables", dijo Kiessling. Una asociación con el IRSA (Archivo de Ciencias Infrarrojas) de Caltech/IPAC hace que los datos simulados sean accesibles ahora, de modo que cuando los investigadores accedan a datos reales en el futuro, ya estarán acostumbrados a las herramientas. "Ahora queremos que la gente empiece a trabajar con las simulaciones para ver qué mejoras podemos hacer y se prepare para utilizar los datos futuros de la forma más eficaz posible".
 
OpenUniverse, junto con otras herramientas de simulación que están siendo desarrolladas por los centros de Operaciones Científicas y Apoyo Científico de Roman, preparará a los científicos para los grandes conjuntos de datos que se esperan de Roman. El proyecto reúne a docenas de expertos del JPL de la NASA, Argonne del DOE, IPAC y varias universidades de EE. UU. para coordinar con los Equipos de Infraestructura del Proyecto Romano, SLAC y el DESC (Legacy Survey of Space and Time Dark Energy Science Collaboration) de Rubin LSST. La supercomputadora Theta fue operada por Argonne Leadership Computing Facility, una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE.
 
El Telescopio Espacial Nancy Grace Roman se administra en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, con la participación del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y Caltech/IPAC en el sur de California, el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore y un equipo científico compuesto por científicos de varias instituciones de investigación. Los principales socios industriales son BAE Systems, Inc. en Boulder, Colorado; L3Harris Technologies en Rochester, Nueva York; y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California.
 
El Observatorio Vera C. Rubin es un proyecto federal financiado conjuntamente por la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Ciencia del DOE, con fondos de construcción temprana recibidos de donaciones privadas a través de LSST Discovery Alliance.