Всесвіт у набагато чіткішому фокусі завдяки новим алгоритмам та суперкомп’ютерам

За допомогою нових алгоритмів та суперкомп’ютерів створено неймовірно детальну радіокарту Всесвіту. Тепер астрономи можуть переглядати радіодані про галактики з набагато більшою точністю. Це дослідження було опубліковано в Nature Astronomy аспірантом Лейденського університету Фріцом Свейеном та його колегами.

«На цій єдиній карті майже стільки ж пікселів, скільки на попередніх картах всього неба», — каже Фріц Свейн. Дослідники розв'язали проблему розмиття ультрафіолетового випромінювання в нашій атмосфері: за допомогою спеціального програмного забезпечення їм вдалося виправити цю перешкоду. Суперкомп’ютери в Лейдені та Амстердамі використовували свою величезну обчислювальну потужність для того, щоб це відбулося досить швидко.

П'ять на п'ять повних місяців

Таким чином, у найближчому майбутньому новий метод може зробити все північне небо у фокусі. Зараз дослідники показують лише невелику частину, пояснює Свейн: «Припустимо, що ви бачите на небі квадрат п’ять на п’ять повних місяців. З цього куба простору ми зробили карту розміром майже 7 мільярдів пікселів, на якій чітко видно майже 2500 галактик».

Мобільник на Марсі

Свейн зазначає: «Карта космосу була складена на основі радіохвиль, які ми вловили з космосу за допомогою Міжнародного телескопа LOFAR. Це величезний радіотелескоп з десятками тисяч антен, розкиданих по всій європейській території діаметром 2000 кілометрів. Ці антени слухають космічні радіопромені».

Він продовжує: «Завдяки величезній площі та безлічі антен, LOFAR може "бачити" випромінювання у найдрібніших деталях, з такою чутливістю, яка навіть дозволить вам виявити мобільний телефон на Марсі». Люди можуть побачити дані з телескопа після перетворення комп’ютером на карту радіації, своєрідну фотографію.

Хвилі розмазують сигнал

Однією з проблем з отриманням чітких знімків Всесвіту за допомогою LOFAR є ультрафіолетове випромінювання Сонця. Воно затьмарює нашу атмосферу зарядженими частинками - іонами. Ця іоносфера спотворює радіохвилі з космосу до того, як їх вловить телескоп. Свейн каже: «Це створює враження, ніби LOFAR спостерігає за небом з морського дна, де хвилі розмазують сигнал. Програмне забезпечення, нещодавно розроблене Нідерландським інститутом радіоастрономії ASTRON, скорегувало виміряне випромінювання на всій області. Це дозволило нам сфокусувати та відобразити все поле зору LOFAR».

Програмне забезпечення працює з алгоритмами, які вимагають великої потужності комп’ютера. Вона була в наявності. У Лейдені недавно побудоване Академічне Лейденське міждисциплінарне кластерне середовище (ALICE) забезпечило своєю обчислювальною потужністю. В Амстердамі ІКТ-кооперація SURF надала ранній доступ до їхньої нової платформи Spider, яка була спеціально створена для таких проєктів з інтенсивною витратою даних, як це дослідження.

Наступний план: Все північне небо

Корекцію даних поля зору LOFAR проводили на 25 секціях, кожна за розміром у повний місяць. На це пішло сім днів на ділянку. На одному комп’ютері для створення всієї карти знадобилося б 7 разів по 25, або 175 днів. Завдяки масштабованій інфраструктурі SURF і Лейдена з паралельними обчислювальними потужностями це зайняло всього сім днів. Це означає, що зараз є швидкий спосіб нанести на карту все північне небо з порівнянними деталями, що, за словами Свейна, може початися у найближчі кілька років.

«Тепер ми можемо вивчати еволюцію чорних дір і галактик, в яких вони виявлені, більш детально, ніж раніше», - говорить він. «Наприклад, галактики раннього Всесвіту, які через свою віддаленість або молодий вік раніше були занадто малі, щоб їх можна було розглянути в деталях, тепер їх можна чітко бачити тисячами».

Джерело: Лейденський університет.