Imagem de simulação do telescópio espacial Nancy Grace Roman
Publicidade

Este gráfico destaca parte de uma nova simulação do que o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA poderá ver quando for lançado em maio de 2027. O fundo abrange cerca de 0,11 graus quadrados (aproximadamente o equivalente à metade da área do céu coberta por uma Lua cheia), representando menos da metade da área que Roman verá em um único instantâneo. O detalhe amplia uma região 300 vezes menor, exibindo uma faixa de galáxias sintéticas brilhantes na resolução máxima de Roman. Ter uma simulação tão realista ajuda os cientistas a estudar a física por trás das imagens cósmicas – tanto as sintéticas como essas quanto as futuras reais. Os pesquisadores usarão as observações para muitos tipos de ciência, incluindo testar nossa compreensão da origem, evolução e destino final do universo. Crédito: C. Hirata e K. Cao (OSU) e Goddard Space Flight Center da NASA

Pesquisadores do Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos EUA criaram quase 4 milhões de imagens simuladas do cosmos para o Nancy Grace Telescópio Espacial Romano e o Observatório Vera C. Rubin.

Esta simulação, parte do projeto OpenUniverse, foi obtida usando supercomputadores e fornece uma prévia altamente precisa de como esses telescópios observarão o universo. As simulações são cruciais para estudar a matéria escura e a energia escura, e ajudam os cientistas a se prepararem para observações reais começando em 2025 para Rubin e 2027 para Roman.

Cientistas estão mergulhando em um universo sintético para nos ajudar a entender melhor o real. Usando supercomputadores no Laboratório Nacional Argonne do DOE (Departamento de Energia) dos EUA em Illinois, cientistas criaram quase 4 milhões de imagens simuladas retratando o cosmos como NASAO Telescópio Espacial Nancy Grace Roman e o Observatório Vera C. Rubin, financiados conjuntamente pela NSF (National Science Foundation) e pelo DOE, no Chile, farão isso.

Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA
Publicidade

O Telescópio Espacial Romano é um observatório da NASA projetado para desvendar os segredos da energia escura e da matéria escura, procurar e obter imagens de exoplanetas e explorar muitos tópicos em astrofísica infravermelha. Crédito: NASA

Técnicas avançadas de simulação para observação do cosmos

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 dadoscom os 390 terabytes restantes chegando neste outono, quando forem processados.

“Usando a máquina Theta, agora aposentada, de Argonne, nós realizamos em cerca de nove dias o que levaria cerca de 300 anos em seu laptop”, disse Katrin Heitmann, cosmologista e vice-diretora da divisão de Física de Altas Energias de Argonne, que gerenciou o tempo de supercomputador do projeto. “Os resultados moldarão as futuras tentativas de Roman e Rubin de iluminar a matéria escura e a energia escura, ao mesmo tempo em que oferecem a outros cientistas uma prévia dos tipos de coisas que eles poderão explorar usando dados dos telescópios.”

Observatório Rubin ao pôr do sol em maio de 2024
Publicidade

Publicidade

Vista do Observatório Rubin ao pôr do sol em maio de 2024, em Cerro Pachón, no Chile. Crédito: Olivier Bonin/SLAC National Accelerator Laboratory

Desvendando os segredos do universo por meio da simulação

Pela primeira vez, esta simulação levou em consideração o desempenho dos instrumentos dos telescópios, tornando-a a prévia mais precisa até agora do cosmos como Roman e Rubin o verão quando começarem a observar. Rubin começará as operações em 2025, e o Roman da NASA será lançado em maio de 2027.

A precisão da simulação é importante porque os cientistas vasculharão os dados futuros dos observatórios em busca de pequenas características que os ajudarão a desvendar os maiores mistérios da cosmologia.

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 os ajudam a entender as assinaturas que cada instrumento imprime nas imagens e a aperfeiçoar os métodos de processamento de dados agora para que possam decifrar dados futuros corretamente. Então, os cientistas poderão fazer grandes descobertas, mesmo a partir de sinais fracos.

“O OpenUniverse nos permite calibrar nossas expectativas sobre o que podemos descobrir com esses telescópios”, disse Jim Chiang, um cientista da equipe do SLAC National Accelerator Laboratory do DOE em Menlo Park, Califórnia, que ajudou a criar as simulações. “Ele nos dá uma 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.

Supercomputador Theta
Publicidade

Esta foto exibe o supercomputador Theta, agora aposentado, da Argonne Leadership Computing Facility. Cientistas usam supercomputadores para simular experimentos que não podem conduzir na vida real, como criar novos universos do zero. Crédito: Argonne National Laboratory

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, uma cientista pesquisadora do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA (JPL) no sul da Califórnia e o principal investigador do OpenUniverse. “Este empreendimento massivo só foi possível graças à colaboração entre o DOE, Argonne, SLAC e NASA, que reuniram todos os recursos e especialistas certos.”

E o projeto ganhará força ainda mais quando Roman e Rubin começarem a observar o universo.

“Usaremos as observações para tornar nossas simulações ainda mais precisas”, disse Kiessling. “Isso nos dará uma visão maior da evolução do universo ao longo do tempo e nos ajudará a entender melhor a cosmologia que, em última análise, moldou o universo.”

Imagens de comparação lado a lado de Roman e Rubin simuladas
Publicidade

Publicidade

Este par de imagens mostra a mesma região do céu simulada pelo Observatório Vera C. Rubin (à esquerda, processada pela Legacy Survey of Space and Time Dark Energy Science Collaboration) e pelo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA (à direita, processada pela Equipe de Infraestrutura do Projeto de Pesquisa de Imagens de Alta Latitude Roman). Roman capturará imagens mais profundas e nítidas do espaço, enquanto Rubin observará uma região mais ampla do céu do solo. Como ele precisa espiar através da atmosfera da Terra, as imagens de Rubin nem sempre serão nítidas o suficiente para distinguir várias fontes próximas como objetos separados. Elas parecerão borradas juntas, o que limita o que os pesquisadores científicos podem fazer usando as imagens. Mas, ao comparar as imagens de Rubin e Roman do mesmo pedaço do céu, os cientistas podem explorar como “desmisturar” objetos e implementar os ajustes nas observações mais amplas de Rubin. Crédito: J. Chiang (SLAC), C. Hirata (OSU) e Goddard Space Flight Center da NASA

As simulações Roman e Rubin cobrem o mesmo pedaço do céu, totalizando cerca de 0,08 graus quadrados (aproximadamente equivalente a um terço da área do céu coberta por uma Lua cheia). A simulação completa a ser lançada no final deste ano abrangerá 70 graus quadrados, aproximadamente a área do céu coberta por 350 Luas cheias.

Sobrepor eles 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 melhores restrições do que os pesquisadores poderiam obter de qualquer observatório sozinho.

“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 maneiras de extrair vários objetos que se misturam nas imagens de Rubin e aplicar essas correções em sua cobertura mais ampla.”

Os cientistas podem considerar modificar os planos de observação ou os canais de processamento de dados de cada telescópio para beneficiar o uso combinado de ambos.

“Fizemos avanços fenomenais na simplificação desses pipelines e tornando-os utilizáveis”, disse Kiessling. Uma parceria com o IRSA (Infrared Science Archive) do Caltech/IPAC torna os dados simulados acessíveis agora, então, quando os pesquisadores acessarem dados reais no futuro, eles já estarão 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.”

O OpenUniverse, juntamente com outras ferramentas de simulação sendo desenvolvidas pelos centros de Operações Científicas e Suporte Científico da Roman, preparará cientistas para os grandes conjuntos de dados esperados da Roman. O projeto reúne dezenas de especialistas do JPL da NASA, Argonne do DOE, IPAC e várias universidades dos EUA para coordenar com as Equipes de Infraestrutura do Projeto Roman, SLAC e o 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, nomeado em homenagem ao primeiro chefe de astronomia da NASA, é um futuro observatório com lançamento previsto para meados da década de 2020. Ele visa explorar energia escura, exoplanetas e astrofísica infravermelha, fornecendo um campo de visão mais amplo do que o telescópio espacial Hubble e empregando tecnologia avançada como um coronógrafo para obter imagens diretas de exoplanetas. A missão é projetada para responder a perguntas-chave em cosmologia e expandir nossa compreensão do universo.

O Observatório Vera C. Rubin, anteriormente conhecido como Large Synoptic Survey Telescope (LSST), foi projetado para conduzir um Legacy Survey of Space and Time (LSST) de 10 anos para mapear todo o céu visível em detalhes sem precedentes. Localizado no Chile, este observatório utilizará um telescópio de campo amplo e uma câmera de 3,2 bilhões de pixels para observar milhões de galáxias e fenômenos celestes, auxiliando no estudo da matéria escura, energia escura e a formação do via Láctea. Espera-se que sua extensa pesquisa revolucione nossa compreensão do universo e de como ele evoluiu.



Share. Facebook Twitter Pinterest LinkedIn Tumblr Email

Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.