Aquí se muestran el telescopio Subaru y otras instalaciones del telescopio en la cima de Mauna Kea en Hawai, Crédito de EE. UU .:Shutterstock
Un equipo internacional de científicos, incluidos los expertos en computación de alto rendimiento de KAUST y los astrónomos del Observatorio de París y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), en colaboración con NVIDIA, está llevando la búsqueda de planetas habitables y la observación de galaxias de la primera época al siguiente nivel.
Recientemente se logró una demostración en el cielo en el telescopio Subaru de 8.2 metros de NAOJ, y el equipo del Observatorio de París ya está ampliando los algoritmos para futuros telescopios más grandes. El Centro de Investigación de Computación Extrema de KAUST (ECRC) está trabajando con los astrónomos para desarrollar los algoritmos avanzados de Extreme-AO que enfrentarán el formidable desafío de imágenes de exoplanetas habitables.
"La obtención de imágenes de exoplanetas con grandes telescopios terrestres es muy difícil debido al contraste de estrella / planeta y al desenfoque inducido por la atmósfera de la Tierra. Se requieren ópticas adaptativas de muy alto rendimiento, a veces denominadas 'Extreme-AO', "declaró el Dr. Hatem Ltaief, un científico investigador senior en el ECRC.
De la colaboración ha surgido un enfoque radicalmente nuevo de AO:más rápido, algoritmos de control más grandes y mucho más inteligentes. Impulsado por el código de álgebra lineal de la Universidad que se ejecuta en unidades de procesamiento de gráficos (GPU) NVIDIA, el nuevo sistema computacional se optimiza continuamente e incluso aprende a anticipar las alteraciones ópticas que cambian rápidamente inducidas por la atmósfera de la Tierra.
El telescopio Subaru tiene 14, 000 pies sobre el nivel del mar en la cima del Mauna Kea en Hawaii. Crédito:Telescopio Subaru, Observatorio Astronómico Nacional de Japón.
"Esta fantástica nueva tecnología ya se está utilizando para observar más de cerca los exoplanetas que orbitan alrededor de estrellas cercanas. Con los telescopios más grandes de 25 a 40 metros que los astrónomos están construyendo actualmente, Se tomarán imágenes de nuevos planetas similares a la Tierra que orbitan estrellas cercanas y se medirá su composición atmosférica para buscar signos de vida como el oxígeno, agua o metano, "dijo el profesor Damien Gratadour, astrónomo del Observatorio de París.
Los investigadores del ECRC implementaron recientemente un nuevo algoritmo de descomposición de valores singulares (SVD), a menudo referido como el caballo de batalla del álgebra lineal numérica, para controlar de manera óptima un pequeño espejo deformable de alta velocidad para compensar la turbulencia atmosférica. Esta investigación resultó en uno de los premios al mejor artículo en la Conferencia de la Plataforma de Computación Científica Avanzada (PASC) 2018 en Basilea, Suiza. Los astrónomos ya utilizan con éxito la innovación para obtener imágenes de exoplanetas con el telescopio Subaru ubicado en 14, 000 pies en Hawaii.
"Este desafío se agrava aún más con los grandes telescopios, donde la obtención de imágenes de planetas habitables a través de la atmósfera de la Tierra es notoriamente difícil, y requiere un nuevo enfoque de la óptica adaptativa. Nuestros sistemas AO anteriores eran bastante lentos y estaban a la zaga de la aberración óptica que cambiaba rápidamente debido a la turbulencia atmosférica. "señaló el profesor Olivier Guyon, un astrónomo del Telescopio Subaru.
Los astrónomos están construyendo una nueva generación de grandes telescopios que ofrecen ~ 15 veces la concentración de luz de los telescopios más grandes de la actualidad. El telescopio gigante de Magallanes, el Telescopio de Treinta Metros y el Telescopio Extremadamente Grande (que se muestran aquí junto a la icónica baliza de la Universidad) serán capaces de sondear exoplanetas cercanos en busca de actividad biológica. Crédito:Marta J. Golemiec
"El algoritmo SVD desarrollado por los científicos de KAUST nos permite corregir en tiempo real el desenfoque atmosférico de las imágenes tomadas por grandes telescopios utilizando un Extreme-AO más inteligente. El algoritmo ahora aprende a optimizarse a sí mismo y ya no somos burlados por las turbulencias. " él continuó.
Trabajar en estrecha colaboración con NVIDIA ha sido fundamental para el éxito del proyecto.
"Este es un desafío de HPC sin precedentes, "dijo Steve Oberlin, director de tecnología para computación acelerada en NVIDIA. "Las aberraciones ópticas inducidas por el cambio atmosférico en una escala de tiempo de milisegundos. En los grandes telescopios actuales, los algoritmos deben calcular miles de posiciones de actuadores deformables en un milisegundo o menos para agudizar las imágenes. El telescopio Subaru es el uso terrestre más alto registrado de este tipo de sistemas GPU. Seguimos trabajando con el equipo a medida que se amplía el hardware para este emocionante proyecto debido al impacto crítico en el rendimiento de las GPU NVIDIA ".
El trabajo del equipo del proyecto se suma a la contribución histórica de Oriente Medio al campo de la astronomía.
"Estamos ayudando a los astrónomos a hacer un mejor uso de los telescopios más avanzados de hoy y del mañana. Curiosamente, muchas de las estrellas que estamos observando con el telescopio Subaru fueron avistadas por primera vez por observadores de estrellas en la región y han conservado sus nombres árabes. Esperamos contribuir a la tradición de la astronomía en la región, "Dijo Ltaief.
