Cel mai ambițios studiu al cerului de până acum ar putea dezvălui misterele materiei și energiei întunecate

Pe un munte din nordul Chile, oamenii de știință asamblează cu grijă componentele complexe ale Observatorului NSF-DOE Vera C. Rubin, una dintre cele mai avansate instalații astronomice din istorie.

Echipat cu un telescop inovator și cea mai mare cameră digitală din lume, observatorul va începe în curând Legacy Survey of Space and Time (LSST).

Pe parcursul celor 10 ani de explorare a cosmosului de către LSST, Observatorul Rubin va realiza 5,5 milioane de imagini bogate în date ale cerului. Cu un volum mai mare și mai profund decât toate studiile anterioare combinate, LSST va furniza o cantitate fără precedent de informații astronomilor și cosmologilor care lucrează pentru a răspunde la unele dintre cele mai fundamentale întrebări din știință.

Foarte implicați în LSST Dark Energy Science Collaboration (DESC), oamenii de știință de la Laboratorul Național Argonne al DOE lucrează pentru a descoperi adevărata natură a energiei și materiei întunecate.

În pregătirea pentru LSST, aceștia efectuează simulări cosmologice avansate și colaborează cu Observatorul Rubin pentru a modela și prelucra datele pentru a maximiza potențialul de descoperire.

Împreună, energia întunecată și materia întunecată reprezintă 95% din energia și materia Universului, dar oamenii de știință înțeleg foarte puțin despre ele.

Ei văd efectele materiei întunecate în formarea și mișcarea galaxiilor, dar când o caută, pare că nu există. Între timp, spațiul însuși se extinde din ce în ce mai rapid în timp, iar oamenii de știință nu știu de ce. Ei se referă la această influență necunoscută ca energie întunecată.

95% din energia și materia Universului

„În acest moment, nu avem niciun indiciu cu privire la originile lor fizice, dar avem teorii”, a declarat Katrin Heitmann, director adjunct al diviziei de fizică a energiei înalte (HEP) de la Argonne. „Cu ajutorul LSST și al Observatorului Rubin, credem cu adevărat că putem obține constrângeri bune cu privire la ceea ce ar putea fi materia și energia întunecată, ceea ce va ajuta comunitatea să urmărească cele mai promițătoare direcții.”

În pregătirea pentru LSST, oamenii de știință de la Argonne iau teorii cu privire la anumite atribute ale materiei și energiei întunecate și simulează evoluția universului pe baza acestor ipoteze.

Este important ca oamenii de știință să găsească modalități de a-și corela teoriile cu semnăturile pe care sondajul le poate detecta efectiv.

Simulările îi pot ajuta pe cercetători să analizeze ce caracteristici vor apărea de fapt în datele din lumea reală de la LSST care ar dezvălui că o anumită teorie este adevărată.

Simulările permit, de asemenea, colaborării să valideze codul pe care îl vor utiliza pentru a procesa și analiza datele.

Oamenii de știință simulează evoluția Universului

De exemplu, împreună cu LSST DESC și cu colaborarea din spatele telescopului spațial Nancy Grace Roman al NASA, oamenii de știință de la Argonne au simulat recent imagini ale cerului de noapte așa cum le va vedea de fapt fiecare telescop. Pentru a se asigura că software-ul lor funcționează conform așteptărilor, oamenii de știință îl pot testa pe aceste imagini simulate, curate, înainte de a începe procesarea imaginilor reale.

Pentru a-și efectua simulările, oamenii de știință de la Argonne utilizează resursele de calcul ale Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), o instalație de utilizare a DOE Office of Science. Printre suita sa de supercalculatoare, ALCF găzduiește Aurora, una dintre primele mașini exascale din lume, care poate efectua peste un quintilion – sau un miliard de miliarde – de calcule pe secundă, scrie Phys.org.

„Memoria și viteza impresionante ale Aurora ne vor permite să simulăm volume mai mari ale Universului și să luăm în considerare mai multă fizică în simulări decât oricând înainte, menținând în același timp o rezoluție suficient de mare pentru a obține detalii importante”, a declarat Heitmann, care a fost anterior purtător de cuvânt al LSST DESC.

În timpul LSST, lumina emisă cu mult timp în urmă de galaxii îndepărtate va ajunge la observator.

Lentile gravitaționale slabe

Senzorii de pe camera observatorului vor converti lumina în date, care vor ajunge de pe munte la mai multe centre de date ale proiectului Rubin din întreaga lume. Aceste instalații vor pregăti apoi datele pentru a fi trimise comunității mai largi pentru analiză.

Ca parte a LSST DESC, oamenii de știință de la Argonne colaborează în prezent cu Observatorul Rubin pentru a se asigura că datele sunt prelucrate în modul cel mai favorabil pentru obiectivele lor științifice. De exemplu, fizicianul de la Argonne Matthew Becker lucrează îndeaproape cu proiectul Rubin pentru a dezvolta algoritmi de procesare a datelor care vor permite investigarea materiei și energiei întunecate printr-un fenomen numit lentilă gravitațională slabă.

Lentilele gravitaționale slabe pot dezvălui, de asemenea, modul în care structura universului s-a schimbat de-a lungul timpului, ceea ce ar putea aduce lumină asupra naturii energiei întunecate.

Provocarea constă în faptul că semnalele care indică o lentilă gravitațională slabă în datele LSST vor fi slabe. Puterea semnalului pe care oamenii de știință îl caută va fi de aproximativ 30 de ori mai mică decât nivelul așteptat de zgomot, sau perturbarea nedorită a semnalului, în date.

Acest lucru înseamnă că oamenii de știință au nevoie de o mulțime de date pentru a se asigura că măsurătorile lor sunt exacte, și sunt pe cale să le obțină. Odată finalizat, LSST va genera 60 petabytes de date de imagine, sau 60 de milioane de gigabytes. Ar fi nevoie de peste 11.000 de ani de vizionare Netflix pentru a utiliza această cantitate de date.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Pământul este înconjurat de materie întunecată? Iată ce cred cercetătorii!

Valuri gigantice de materie întunecată ar putea modifica orbita stelelor

Un fizician susține că Universul nu are nevoie de materie întunecată pentru a exista

Trei sori alimentați de materie întunecată, descoperiți la începuturile Universului