3 preguntas de ciencia espacial que la computación está ayudando a responder

daniel zender

A medida que los científicos espaciales recopilan más y más datos, los observatorios de todo el mundo encuentran nuevas formas de aplicar la supercomputación, la computación en la nube y el aprendizaje profundo para darle sentido a todo. Estos son algunos ejemplos de cómo estas tecnologías están cambiando la forma en que los astrónomos estudian el espacio.

¿Qué sucede cuando los agujeros negros chocan?

Como estudiante de postdoctorado en los EE. UU., el astrofísico Eliu Huerta comenzó a pensar en cómo la tecnología podría ayudar a que se produjeran más avances en su campo. Luego, los investigadores detectaron ondas gravitacionales por primera vez en 2015 con LIGO (el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser) .

Esta historia fue parte de nuestra edición de noviembre de 2021

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Desde entonces, los científicos han registrado estas observaciones y se han apresurado a aprender todo lo que pueden sobre estas fuerzas escurridizas. Han detectado docenas más de señales de ondas gravitacionales y los avances en computación les están ayudando a mantenerse al día.

Como postdoctorado, Huerta buscó ondas gravitacionales tratando tediosamente de hacer coincidir los datos recopilados por los detectores con un catálogo de posibles formas de onda. Quería encontrar una mejor manera.

A principios de este año Huerta , que ahora es científico computacional en el Laboratorio Nacional Argonne cerca de Chicago, creó una IA conjunto que es capaz de procesar los datos LIGO de un mes en solo siete minutos.

Sus algoritmos, que se ejecutan en procesadores especiales llamados GPU, combinan avances en inteligencia artificial y computación distribuida. Usando computadoras separadas o redes que actúan como un solo sistema, Huerta puede identificar lugares gravitacionalmente densos como agujeros negros, que producen ondas cuando se fusionan.

La colección de modelos de IA de Huerta es de código abierto, lo que significa que cualquiera puede usarla. No todo el mundo tiene acceso a una supercomputadora, dice. Esto reducirá las barreras para que los investigadores adopten y usen la IA.

¿Cómo ha cambiado el cielo nocturno?

A pesar de que la astronomía se ha expandido, el campo ha tardado en integrar la computación en la nube. El Observatorio Vera C. Rubin , actualmente en construcción en Chile, se convertirá en la primera institución astronómica de su tamaño en adoptar una instalación de datos basada en la nube.

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Cuando el observatorio entre en funcionamiento en 2024, los datos que captura su telescopio estarán disponibles como parte del Encuesta heredada del espacio y el tiempo (LSST), que creará un catálogo miles de veces más grande que cualquier estudio anterior del cielo nocturno. Las encuestas anteriores casi siempre se descargaban y almacenaban localmente, lo que dificultaba que los astrónomos accedieran al trabajo de los demás.

Estamos haciendo un mapa del cielo completo, dice Hsin Fang Chiang , miembro del equipo de gestión de datos de Rubin. Y en el proceso, están construyendo un enorme conjunto de datos que será útil para muchos tipos diferentes de ciencia en astronomía.

Aunque el doctorado de Chiang es en astronomía, su investigación inicial no tuvo nada que ver con la encuesta. Años más tarde, tuvo la oportunidad de participar gracias a la magnitud del proyecto. Está orgullosa de que su trabajo pueda mejorar la forma en que colaboran los científicos.

El proyecto de 10 años entregará un conjunto de datos e imágenes de 500 petabytes a la nube, para ayudar a los astrónomos a responder preguntas sobre la estructura y evolución del universo.

El proyecto de 10 años entregará un conjunto de datos e imágenes de 500 petabytes a la nube.

Para cada posición en el cielo, tendremos más de 800 imágenes allí, dice Chiang. Incluso se podía ver lo que sucedió en el pasado. Entonces, especialmente para las supernovas o las cosas que cambian mucho, eso es muy interesante.

El Observatorio Rubin procesará y almacenará 20 terabytes de datos cada noche mientras mapea la Vía Láctea y lugares más allá. Los astrónomos afiliados al proyecto podrán acceder y analizar esos datos desde cualquier lugar. a través de un navegador web . Eventualmente, las imágenes que el telescopio toma cada noche se convertirán en una base de datos en línea de estrellas, galaxias y otros cuerpos celestes.

¿Cómo era el universo primitivo?

Los avances en computación podrían ayudar a los astrónomos a hacer retroceder el reloj cósmico. A principios de este año, los astrónomos japoneses utilizaron ATERUI II , una supercomputadora que se especializa en simulaciones astronómicas, para reconstruir cómo pudo haber sido el universo ya en el Big Bang.

ATERUI II está ayudando a los investigadores a investigar inflación cósmica —la teoría de que el universo primitivo se expandió exponencialmente de un momento al siguiente. Los astrónomos coinciden en que esta expansión habría dejado variaciones extremas en la densidad de la materia que habrían afectado tanto la distribución de las galaxias como su forma de desarrollo.

El proyecto requiere una enorme cantidad de almacenamiento de datos (unos 10 terabytes, equivalente a 22.000 episodios de Juego de Tronos)

Al comparar 4000 simulaciones del universo primitivo, todas con diferentes fluctuaciones de densidad, con la realidad, los científicos pudieron rebobinar el tiempo y preguntarse por qué algunos lugares del universo están llenos de actividad cósmica mientras que otros son estériles.

masato shirasaki, un profesor asistente en el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, dice que la pregunta sería casi imposible de responder sin estas simulaciones. El proyecto requiere una enorme cantidad de almacenamiento de datos (alrededor de 10 terabytes, equivalente a 22.000 episodios de Game of Thrones ).

El equipo de Shirasaki desarrolló un modelo de cómo se cree que evolucionó el universo y lo aplicó a cada una de las simulaciones para ver qué resultado puede ser más cercano a cómo se ve hoy. Este método facilitó la exploración de la física de la inflación cósmica.

En los próximos años, los métodos de Shirasaki podrían ayudar a acortar el tiempo de observación necesario para futuros esfuerzos como ESFERA Ex, una misión de dos años programada para 2024 que involucra una nave espacial que orbitará la Tierra y observará casi 300 millones de galaxias en el cielo. Con estos avances en la informática, nuestra comprensión del universo se está expandiendo, poco a poco.

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