Los investigadores se sumergen en un universo sintético para ayudarnos a comprender mejor el universo real. Utilizando supercomputadoras en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE.UU. en Illinois, los científicos han creado casi 4 millones de imágenes simuladas que representan el cosmos como el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace de la NASA y el Observatorio Vera C. Rubin, financiados conjuntamente por NSF (el Fondo Nacional Science Foundation) y DOE, en Chile lo verán.
Michael Troxel, profesor asociado de física en la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte, dirigió la campaña de simulación como parte de un proyecto más amplio llamado OpenUniverse. El equipo ahora está publicando un subconjunto de 10 terabytes de estos datos, y los 390 terabytes restantes seguirán este otoño una vez que hayan sido procesados.
«Utilizando la máquina Theta de Argonne, ahora retirada, logramos en unos nueve días lo que habría llevado alrededor de 300 años en una computadora portátil», dijo Katrin Heitmann, cosmóloga y subdirectora de la división de Física de Altas Energías de Argonne, quien administró el tiempo de la supercomputadora del proyecto. «Los resultados darán forma a los futuros intentos de Roman y Rubin de iluminar la materia y la energía oscuras, al tiempo que ofrecerán a otros científicos una vista previa de los tipos de cosas que podrán explorar utilizando los datos de los telescopios».
Un ensayo general cósmico
Por primera vez, esta simulación tuvo en cuenta el rendimiento de los instrumentos de los telescopios, lo que la convierte en la vista previa más precisa hasta ahora del cosmos tal como lo verán Roman y Rubin una vez que comiencen a observar. Rubin comenzará a operar en 2025 y Roman de la NASA se lanzará en mayo de 2027.
La precisión de la simulación es importante porque los científicos revisarán los datos futuros de los observatorios en busca de pequeñas características que les ayuden a desentrañar los mayores misterios de la cosmología.
Tanto Roman como Rubin explorarán la energía oscura, la misteriosa fuerza que se cree que acelera la expansión del universo. Dado que desempeña un papel importante en el gobierno del cosmos, los científicos están ansiosos por aprender más sobre él. Simulaciones como OpenUniverse les ayudan a comprender las firmas que cada instrumento imprime en las imágenes y a perfeccionar los métodos de procesamiento de datos ahora para poder descifrar correctamente los datos futuros. Entonces los científicos podrán hacer grandes descubrimientos incluso a partir de señales débiles.
«OpenUniverse nos permite calibrar nuestras expectativas de lo que podemos descubrir con estos telescopios», dijo Jim Chiang, científico del Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del DOE en Menlo Park, California, quien ayudó a crear las simulaciones. «Nos da la oportunidad de ejercitar nuestros procesos de procesamiento, comprender mejor nuestros códigos de análisis e interpretar con precisión los resultados para que podamos prepararnos para utilizar los datos reales de inmediato una vez que comiencen a llegar».
Luego continuarán usando simulaciones para explorar la física y los efectos de los instrumentos que podrían reproducir lo que los observatorios ven en el universo.
Trabajo en equipo telescópico
Se necesitó un equipo grande y talentoso de varias organizaciones para realizar una simulación tan inmensa.
«Pocas personas en el mundo tienen la habilidad suficiente para ejecutar estas simulaciones», dijo Alina Kiessling, científica investigadora del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en el sur de California e investigadora principal de OpenUniverse. «Esta enorme empresa sólo fue posible gracias a la colaboración entre el DOE, Argonne, SLAC y la NASA, que reunieron todos los recursos y expertos adecuados».
Y el proyecto aumentará aún más una vez que Roman y Rubin comiencen a observar el universo.
«Utilizaremos las observaciones para hacer nuestras simulaciones aún más precisas», dijo Kiessling. «Esto nos dará una mayor comprensión de la evolución del universo a lo largo del tiempo y nos ayudará a comprender mejor la cosmología que finalmente dio forma al universo».
Las simulaciones de Roman y Rubin cubren la misma zona del cielo, con un total de aproximadamente 0,08 grados cuadrados (aproximadamente el equivalente a un tercio del área del cielo cubierta por una Luna llena). La simulación completa que se lanzará a finales de este año abarcará 70 grados cuadrados, aproximadamente el área del cielo cubierta por 350 lunas llenas.
Superponerlos permite a los científicos aprender cómo utilizar los mejores aspectos de cada telescopio: la visión más amplia de Rubin y la visión más nítida y profunda de Roman. La combinación producirá mejores limitaciones de las que los investigadores podrían obtener de cualquiera de los observatorios por separado.
«Conectar las simulaciones como lo hemos hecho nos permite hacer comparaciones y ver cómo el estudio espacial de Roman ayudará a mejorar los datos del estudio terrestre de Rubin», dijo Heitmann. «Podemos explorar formas de descubrir múltiples objetos que se mezclan en las imágenes de Rubin y aplicar esas correcciones en su cobertura más amplia».
Los científicos pueden considerar modificar los planes de observación de cada telescopio o los canales de procesamiento de datos para beneficiar el uso combinado de ambos.
«Hemos logrado avances fenomenales en la simplificación de estos oleoductos y hacerlos utilizables», dijo Kiessling. Una asociación con IRSA (Archivo Científico Infrarrojo) de Caltech/IPAC hace que los datos simulados sean accesibles ahora, de modo que cuando los investigadores accedan a datos reales en el futuro, ya estarán acostumbrados a las herramientas. «Ahora queremos que la gente empiece a trabajar con las simulaciones para ver qué mejoras podemos hacer y prepararnos para utilizar los datos futuros de la forma más eficaz posible».
