Каждая крошечная точка на изображении слева — это галактика, смоделированная кампанией OpenUniverse. Изображение размером в один квадратный градус дает небольшое представление обо всей области моделирования, которая составляет около 70 квадратных градусов (что эквивалентно площади неба, покрытой более чем 300 полными лунами), а вставка справа представляет собой близкий -увеличение площади в 75 раз меньше (1/600 от размера общей площади). Эта симуляция показывает космос так, как его видит римский космический телескоп НАСА Нэнси Грейс. Роман продолжит расширять масштабы крупнейшего в своем роде космического исследования галактик — исследования COSMOS с помощью космического телескопа «Хаббл», в ходе которого за 42 дня были получены изображения двух квадратных градусов неба. Всего за 250 дней Роман увидит в тысячу раз больше неба с тем же разрешением. Фото предоставлено: НАСА
Астрономы опубликовали серию из более чем миллиона смоделированных изображений, показывающих космос так, как его увидит будущий римский космический телескоп НАСА Нэнси Грейс. Этот предварительный просмотр поможет ученым изучить множество научных целей Романа.
«Мы использовали суперкомпьютер, чтобы создать синтетическую вселенную и смоделировать миллиарды лет эволюции, отслеживая путь каждого фотона от каждого космического объекта до детекторов Романа», — сказал Майкл Троксель, доцент кафедры физики Университета Дьюка в Дареме, Северная Каролина. , который руководил симуляционной кампанией. «Это самое крупное, самое глубокое и реалистичное синтетическое исследование видимой Вселенной, доступное в настоящее время».
Проект под названием OpenUniverse был основан на ныне вышедшем из эксплуатации суперкомпьютере Theta в Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США в Иллинойсе. Всего за девять дней суперкомпьютер завершил процесс, который на обычном компьютере занял бы более 6000 лет.
Помимо Романа, набор данных объемом 400 терабайт также будет включать в себя предварительные просмотры наблюдений обсерватории Веры К. Рубин и приблизительное моделирование миссии Евклид ЕКА (Европейского космического агентства), в которой участвует НАСА. Римские даты теперь доступны здесь, а вскоре последуют даты Рубина и Евклида.
Команда использовала самое современное моделирование основополагающей физики Вселенной, включив информацию из существующих каталогов галактик и характеристики инструментов телескопов. Полученные смоделированные изображения охватывают площадь 70 квадратных градусов, что эквивалентно площади неба, покрытой более чем 300 полными лунами. Оно охватывает не только обширную территорию, но и большой период времени – более 12 миллиардов лет.
Огромный пространственно-временной охват проекта показывает ученым, как телескопы помогут им исследовать некоторые из величайших космических загадок. Вы сможете изучить, как темная энергия (таинственная сила, которая, как полагают, ускоряет расширение Вселенной) и темная материя (невидимая материя, видимая только благодаря ее гравитационному влиянию на обычную материю), формируют космос и влияют на его судьбу.
Ученые приблизятся к пониманию темной материи, изучая ее гравитационное воздействие на видимую материю. Изучив 100 миллионов синтетических галактик, созданных при моделировании, они увидят, как галактики и скопления галактик развивались на протяжении тысячелетий.
Благодаря повторным имитационным наблюдениям за определенной частью Вселенной команда смогла собрать фильмы, показывающие взрывающиеся звезды, которые потрескивали, как фейерверки, в синтетическом космосе. Эти звездообразования позволяют ученым составить карту расширения моделируемой Вселенной.
Ученые теперь используют данные OpenUniverse в качестве испытательного стенда для создания системы оповещения, которая будет уведомлять астрономов, когда Роман видит такие явления. Система отмечает эти события и отслеживает излучаемый ими свет, чтобы астрономы могли их изучать.
Это очень важно, потому что Роман будет отправлять обратно слишком много данных, чтобы ученые могли их проанализировать самостоятельно. Команды разрабатывают алгоритмы машинного обучения, чтобы определить, как лучше всего фильтровать все данные, чтобы находить и различать космические явления, такие как различные типы взрывающихся звезд.
«Самая большая трудность — выяснить, было ли то, что вы видели, сверхновой особого типа, которая позволяет нам составить карту расширения Вселенной, или чем-то почти идентичным, но бесполезным для этой цели», — сказала Алина Кисслинг, научный сотрудник НАСА Jet. Лаборатория двигательных установок (JPL) в Южной Калифорнии и ведущий исследователь OpenUniverse.
В то время как Евклид уже активно сканирует космос, Рубин планирует начать работу в конце этого года, а запуск Романа запланирован на май 2027 года. Ученые могут использовать синтетические изображения для планирования будущих наблюдений телескопа и подготовки к обработке полученных данных. Это время подготовки имеет решающее значение из-за потока данных, которые предоставят эти телескопы.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
С точки зрения объема данных, «Роман затмит все, что было сделано до сих пор из космоса в инфракрасном и оптическом диапазоне», — сказал Троксель. «Одно из исследований Романа займет меньше года, чтобы провести наблюдения, которые с помощью космических телескопов «Хаббл» или «Джеймс Уэбб» заняли бы около тысячи лет. Огромное количество объектов, которые Роман сможет запечатлеть в резком фокусе, произведет трансформацию».
«На основе наблюдений Романа мы можем ожидать невероятного разнообразия захватывающих научных открытий, которые потенциально могут получить Нобелевскую премию», — сказал Кисслинг. «Миссия будет делать такие вещи, как раскрытие того, как Вселенная расширялась с течением времени, создание трехмерных карт галактик и скоплений галактик, раскрытие новых подробностей о звездообразовании и эволюции — все, что мы смоделировали. Итак, теперь мы можем попрактиковаться с синтетическими данными, чтобы сразу перейти к науке, когда начнутся настоящие наблюдения.
Астрономы продолжат использовать моделирование после запуска Романа для космической игры по поиску различий. Сравнивая реальные наблюдения с синтетическими наблюдениями, ученые могут увидеть, насколько точно их моделирование предсказывает реальность. Любые расхождения могут указывать на то, что во Вселенной действует другая физика, чем ожидалось.
«Когда мы видим что-то, что не совсем согласуется со Стандартной моделью космологии, чрезвычайно важно подтвердить, что мы действительно наблюдаем новую физику, а не просто неправильно понимаем что-то в данных», — сказала Катрин Хайтманн, космолог и заместитель директора по ученым. Отдела физики высоких энергий Аргоннского университета, который управлял суперкомпьютерным временем проекта. «Моделирование очень полезно для выяснения этого».
