גרפיקה זו מדגישה חלק מסימולציה חדשה של מה שטלסקופ החלל הרומאי ננסי גרייס של נאס"א יכול לראות כשהוא שוגר עד מאי 2027. הרקע משתרע על פני כ-0.11 מעלות מרובע (שווה ערך בערך למחצית משטח השמיים המכוסים על ידי ירח מלא), המייצג פחות ממחצית השטח שרומן יראה בתמונת מצב בודדת. התוספת מתקרבת לאזור קטן פי 300, ומציגה רצף של גלקסיות סינתטיות מבריקות ברזולוציה המלאה של רומן. סימולציה מציאותית כזו עוזרת למדענים ללמוד את הפיזיקה מאחורי תמונות קוסמיות – הן סינתטיות כמו אלה והן אמיתיות עתידיות. החוקרים ישתמשו בתצפיות לסוגים רבים של מדע, כולל בדיקת ההבנה שלנו לגבי המקור, האבולוציה והגורל הסופי של היקום. קרדיט: C. Hirata and K. Cao (OSU) ומרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א
חוקרים במעבדה הלאומית Argonne של DOE של ארה"ב יצרו כמעט 4 מיליון תמונות מדומות של הקוסמוס עבור ננסי גרייס טלסקופ החלל הרומי ומצפה הכוכבים ורה סי רובין.
הדמיה זו, חלק מפרויקט OpenUniverse, הושגה באמצעות מחשבי-על ומספקת תצוגה מקדימה מדויקת ביותר של האופן שבו הטלסקופים יצפו ביקום. ההדמיות חיוניות לחקר החומר האפל והאנרגיה האפלה, ועוזרות למדענים להתכונן לתצפיות אמיתיות החל משנת 2025 עבור רובין ו-2027 עבור רומן.
מדענים צוללים לתוך יקום סינתטי כדי לעזור לנו להבין טוב יותר את היקום האמיתי. באמצעות מחשבי-על במעבדה הלאומית Argonne של ארגון (Department of Energy) של ארה"ב באילינוי, מדענים יצרו כמעט 4 מיליון תמונות מדומות המתארות את הקוסמוס כמו נאס"אטלסקופ החלל הרומאי של ננסי גרייס ומצפה ורה סי רובין, במימון משותף על ידי NSF (הקרן הלאומית למדע) ו-DOE, בצ'ילה, יראו אותו.
טלסקופ החלל הרומי הוא מצפה כוכבים של נאס"א שנועד לחשוף את סודות האנרגיה האפלה והחומר האפל, לחפש ולצלם כוכבי לכת אקזו-כוכבים ולחקור נושאים רבים באסטרופיזיקה אינפרא אדום. קרדיט: נאס"א
טכניקות סימולציה מתקדמות לצפייה בקוסמוס
מייקל טרוקסל, פרופסור חבר לפיזיקה באוניברסיטת דיוק בדורהם, צפון קרוליינה, הוביל את מסע הסימולציה כחלק מפרויקט רחב יותר בשם OpenUniverse. הצוות משחרר כעת תת-קבוצה של 10 טרה-בייט של נתונים אלה, כאשר 390 הטרה-בייט הנותרים יגיעו לסתיו הקרוב לאחר עיבודם.
"באמצעות מכונת התטא של ארגון שיצאה לגמלאות, השגנו בתוך כתשעה ימים את מה שהיה לוקח בערך 300 שנה במחשב הנייד שלך", אמרה קטרין הייטמן, קוסמולוגית וסגנית מנהלת חטיבת הפיזיקה של אנרגיה גבוהה של ארגון שניהלה את זמן מחשב העל של הפרויקט. "התוצאות יעצבו את ניסיונותיהם העתידיים של רומן ורובין להאיר חומר אפל ואנרגיה אפלה תוך שהם מציעים למדענים אחרים תצוגה מקדימה של סוגי הדברים שהם יוכלו לחקור באמצעות נתונים מהטלסקופים."
מבט על מצפה הכוכבים רובין בשקיעה במאי 2024, ב-Cerro Pachón בצ'ילה. קרדיט: Olivier Bonin/SLAC National Accelerator Laboratory
חשיפת סודות היקום באמצעות סימולציה
בפעם הראשונה, סימולציה זו לקחה בחשבון את ביצועי המכשירים של הטלסקופים, מה שהפך אותה לתצוגה המקדימה המדויקת ביותר עד כה של הקוסמוס כפי שרומן ורובין יראו אותה ברגע שיתחילו לצפות. רובין יתחיל לפעול ב-2025, וה-Roman של נאס"א ישוגר עד מאי 2027.
הדיוק של הסימולציה חשוב מכיוון שמדענים יסרקו את הנתונים העתידיים של המצפים בחיפוש אחר תכונות זעירות שיעזרו להם לפענח את התעלומות הגדולות ביותר בקוסמולוגיה.
רומן ורובין יחקרו שניהם את האנרגיה האפלה – הכוח המסתורי שנחשב להאיץ את התפשטות היקום. מכיוון שהוא ממלא תפקיד מרכזי בניהול הקוסמוס, מדענים להוטים ללמוד עליו יותר. סימולציות כמו OpenUniverse עוזרות להם להבין חתימות שכל מכשיר מטביע על התמונות ומגהץ שיטות עיבוד נתונים כעת כדי שיוכלו לפענח נכון נתונים עתידיים. אז מדענים יוכלו לגלות תגליות גדולות אפילו מאותות חלשים.
"OpenUniverse מאפשרת לנו לכייל את הציפיות שלנו לגבי מה שנוכל לגלות עם הטלסקופים האלה", אמר ג'ים צ'יאנג, מדען צוות במעבדת האצה הלאומית SLAC של DOE במנלו פארק, קליפורניה, שעזר ליצור את ההדמיות. "זה נותן לנו הזדמנות לממש את צינורות העיבוד שלנו, להבין טוב יותר את קודי הניתוח שלנו ולפרש במדויק את התוצאות כדי שנוכל להתכונן להשתמש בנתונים האמיתיים מיד ברגע שהם מתחילים להיכנס."
אחר כך הם ימשיכו להשתמש בסימולציות כדי לחקור את השפעות הפיזיקה והמכשירים שיכולים לשחזר את מה שמצפה הכוכבים רואים ביקום.
תמונה זו מציגה את מחשב העל Theta של Argonne Leadership Computing Facility שפרש כעת. מדענים משתמשים במחשבי-על כדי לדמות ניסויים שהם לא יכולים לבצע בחיים האמיתיים, כמו יצירת יקומים חדשים מאפס. קרדיט: Argonne National Laboratory
עבודת צוות טלסקופית
נדרשו צוות גדול ומוכשר מכמה ארגונים כדי לבצע סימולציה עצומה שכזו.
"מעט אנשים בעולם מיומנים מספיק כדי להפעיל את הסימולציות האלה", אמרה אלינה קיסלינג, מדענית מחקרית במעבדת הנעת סילון של נאס"א (JPL) בדרום קליפורניה והחוקר הראשי של OpenUniverse. "ההתחייבות המאסיבית הזו הייתה אפשרית רק הודות לשיתוף הפעולה בין ה-DOE, Argonne, SLAC ונאס"א, אשר ריכזו את כל המשאבים והמומחים הנכונים".
והפרויקט יתגבר עוד יותר ברגע שרומן ורובין יתחילו להתבונן ביקום.
"נשתמש בתצפיות כדי להפוך את ההדמיות שלנו למדויק עוד יותר," אמר קיסלינג. "זה ייתן לנו תובנה גדולה יותר לגבי התפתחות היקום לאורך זמן ויעזור לנו להבין טוב יותר את הקוסמולוגיה שעיצבה בסופו של דבר את היקום."
זוג תמונות זה מציג את אותו אזור שמים כפי שהדמיה על ידי מצפה הכוכבים ורה סי רובין (משמאל, מעובד על ידי ה- Legacy Survey of Space and Time Dark Energy Science Collaboration) וטלסקופ החלל הרומאי ננסי גרייס של נאס"א (מימין, מעובד על ידי ה-Roman) צוות פרויקט תשתית סקר הדמיה בקו רוחב גבוה). רומן יצלם תמונות עמוקות וחדות יותר מהחלל, בעוד רובין יתבונן באזור רחב יותר של השמים מהקרקע. מכיוון שהוא צריך להציץ דרך האטמוספירה של כדור הארץ, התמונות של רובין לא תמיד יהיו חדות מספיק כדי להבחין בין מספר מקורות קרובים כעצמים נפרדים. נראה שהם מטשטשים יחד, מה שמגביל את יכולתם של חוקרי המדע להשתמש בתמונות. אבל על ידי השוואה בין רובין לבין תמונות רומאיות של אותו חלקת שמיים, מדענים יכולים לחקור כיצד "לערבב" אובייקטים וליישם את ההתאמות על פני התצפיות הרחבות יותר של רובין. קרדיט: J. Chiang (SLAC), C. Hirata (OSU), ומרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א
ההדמיות הרומית ורובין מכסות את אותו חלקת השמים, בהיקף כולל של כ-0.08 מעלות מרובע (שווה ערך בערך לשליש משטח השמים המכוסה על ידי ירח מלא). הסימולציה המלאה שתשוחרר בהמשך השנה תתפרש על פני 70 מעלות מרובע, בערך שטח השמיים המכוסים על ידי 350 ירחים מלאים.
החפיפה ביניהם מאפשרת למדענים ללמוד כיצד להשתמש בהיבטים הטובים ביותר של כל טלסקופ – ראייתו הרחבה יותר של רובין והראייה החדה והעמוקה יותר של רומן. השילוב יניב אילוצים טובים יותר ממה שהחוקרים יכלו ללקט מכל אחד מהמצפה לבד.
"חיבור הסימולציות כפי שעשינו מאפשר לנו לבצע השוואות ולראות כיצד הסקר מבוסס החלל של רומן יעזור לשפר את הנתונים מהסקר הקרקעי של רובין", אמר הייטמן. "אנחנו יכולים לחקור דרכים להקניט אובייקטים מרובים שמשתלבים יחד בתמונות של רובין ולהחיל את התיקונים הללו על הכיסוי הרחב יותר שלו."
מדענים יכולים לשקול לשנות את תוכניות התצפית של כל טלסקופ או צינורות עיבוד נתונים כדי להועיל לשימוש המשולב בשניהם.
"עשינו צעדים פנומנליים בפישוט הצינורות הללו והפיכתם לשימושים", אמר קיסלינג. שותפות עם IRSA (Infrared Science Archive) של Caltech/IPAC הופכת נתונים מדומים לנגישים כעת, כך שכאשר חוקרים ייגשו לנתונים אמיתיים בעתיד, הם כבר יתרגלו לכלים. "עכשיו אנחנו רוצים שאנשים יתחילו לעבוד עם הסימולציות כדי לראות אילו שיפורים אנחנו יכולים לעשות ולהתכונן להשתמש בנתונים העתידיים בצורה יעילה ככל האפשר."
OpenUniverse, יחד עם כלי סימולציה אחרים המפותחים על ידי מרכזי התפעול והמדע של רומן, יכינו את המדענים למערכי הנתונים הגדולים הצפויים מרומן. הפרויקט מפגיש עשרות מומחים מה-JPL של נאס"א, ארגון DOE, IPAC ומספר אוניברסיטאות בארה"ב כדי לתאם עם צוותי תשתית הפרויקטים הרומאיים, SLAC ו-Rubin LSST DESC (Legacy Survey of Space and Time Dark Energy Science Collaboration). מחשב העל Theta הופעל על ידי Argonne Leadership Computing Facility, מתקן משתמש של DOE Office of Science.
טלסקופ החלל הרומאי ננסי גרייס, הקרוי על שם ראש האסטרונומיה הראשון של נאס"א, הוא מצפה כוכבים עתידי שיושק באמצע שנות ה-2020. מטרתו היא לחקור אנרגיה אפלה, כוכבי לכת אקזו ואסטרופיזיקה אינפרא אדום, לספק שדה ראייה רחב יותר מאשר טלסקופ החלל האבל ושימוש בטכנולוגיה מתקדמת כמו קורונגרף כדי לצלם ישירות כוכבי לכת חיצוניים. המשימה נועדה לענות על שאלות מפתח בקוסמולוגיה ולהרחיב את הבנתנו את היקום.
מצפה הכוכבים של ורה סי רובין, הידוע בעבר כטלסקופ הסקר הסינופטי הגדול (LSST), נועד לבצע סקר מורשת של 10 שנים של מרחב וזמן (LSST) כדי למפות את כל השמים הנראים בפירוט חסר תקדים. ממוקם בצ'ילה, מצפה כוכבים זה ישתמש בטלסקופ רחב שדה ובמצלמה של 3.2 מיליארד פיקסלים כדי לצפות במיליוני גלקסיות ותופעות שמימיות, ויסייע בחקר החומר האפל, האנרגיה האפלה והיווצרותם של שביל החלב. הסקר הנרחב שלו צפוי לחולל מהפכה בהבנתנו את היקום וכיצד הוא התפתח.
