En construcción en una cordillera remota en los Andes chilenos, el Large Synoptic Survey Telescope (LSST) contará con la cámara digital más grande del mundo, ayudando a los investigadores a detectar objetos en el borde del sistema solar y obtener información sobre la estructura de nuestra galaxia y la naturaleza de la energía oscura.

Este extraordinario poder está atrayendo a decenas de investigadores en todo el mundo, cada uno con sus propias necesidades de observación y escalas de tiempo y todos lidiando con la nubosidad esporádica y otras condiciones variables. En breve, un gran desafío de programación.

Un programador de telescopio automatizado desarrollado por investigadores de la Universidad de Princeton y la Universidad de Washington tiene como objetivo maximizar la eficiencia del LSST durante el período de su operación, actualmente previsto para 10 años a partir de 2023.

El equipo incluye Elahesadat Naghib, quien recientemente obtuvo un Ph.D. en el Departamento de Investigación de Operaciones e Ingeniería Financiera de Princeton, y el profesor Robert Vanderbei.

Debido a que varios grupos de investigadores requerirán imágenes de diferentes partes del cielo tomadas a intervalos específicos, dijo Naghib, algunos astrónomos han bromeado "que el objetivo del proyecto es mantener a todos igualmente infelices". Ella y sus colegas se esforzaron por ser equitativos al diseñar un algoritmo para el programador automático, ella dijo.

La demanda de imágenes del LSST en la comunidad de investigación internacional hace que sea necesario un diseño flexible y planificador objetivo particularmente agudo.

"Construir un telescopio con un campo de visión realmente amplio y alta resolución, y ponerlo en un desierto en Chile donde el clima es bueno casi todo el tiempo, es asombroso, ", dijo Vanderbei." En el mundo de la astronomía, todo el mundo está emocionado con LSST. Es lo principal ".

"Examinaremos tanto cielo como podamos todas las noches, "dijo el coautor Peter Yoachim, científico de planta del LSST y científico investigador de la Universidad de Washington. "Podremos ver todo tipo de cosas que cambian, como supernovas que explotan y asteroides que se mueven ".

Vanderbei y Naghib comenzaron a trabajar en el planificador después de escuchar sobre el problema de Robert Lupton, astrónomo investigador senior en el Departamento de Ciencias Astrofísicas de Princeton. Lupton lidera un grupo que está creando una canalización para manejar la gran cantidad de datos que recopilará el LSST.

"La ciencia depende fundamentalmente de cómo tomamos los datos, ", dijo Lupton. Un programador sofisticado permite a la comunidad de investigación" dar un paso atrás y mirar los problemas a nivel mundial, "permitiendo el progreso en objetivos científicos en competencia.

El programador recopilará datos en tiempo real sobre factores que incluyen la cobertura de nubes, brillo del cielo y "visión" astronómica:la cantidad de estrellas titilantes causadas por la atmósfera de la Tierra, que puede afectar la resolución de las imágenes del telescopio. Si bien la cobertura de nubes es relativamente rara en el sitio LSST en el desierto de Atacama, uno de los lugares más secos de la Tierra, las nubes siguen siendo una preocupación para el funcionamiento del telescopio.

En cada momento de la noche Estas mediciones ayudarán a un algoritmo de toma de decisiones a determinar en qué parte del cielo debe apuntar el telescopio y qué filtro debe usar para capturar una imagen. El LSST utilizará seis filtros que permiten la transmisión de diferentes longitudes de onda de luz, que van desde el ultravioleta al infrarrojo cercano. Los espectros de luz emitidos por características astronómicas como supernovas, o estrellas en explosión, puede revelar información clave sobre sus orígenes y composición química.

La mayoría de los programadores existentes para telescopios terrestres asignan cantidades determinadas de tiempo para observar diferentes regiones del cielo según las propuestas de equipos de astrónomos, y utilizar algoritmos que comprueben solo si un área de interés se encuentra en condiciones aceptables, por ejemplo, debe ser suficientemente visible por encima del horizonte.

Con una secuencia tan predeterminada, el telescopio no tendría forma de dar cuenta de problemas como la cobertura de nubes, dijo Naghib, el autor principal del estudio. "Pero como tomamos una decisión en tiempo real, el LSST puede evaluar las nubes y seguir observando, mientras que anteriormente tendrían que cerrar todo el observatorio cuando la noche estuviera nublada, " ella dijo.

Además de tener en cuenta el clima y otras condiciones variables, el planificador incorpora información sobre el tiempo necesario para que el telescopio gire de un campo de visión a otro. Optimizar la eficiencia de estos movimientos es particularmente importante para el LSST porque cambiará de posición más rápido que los telescopios anteriores. por lo que es fundamental evitar perder tiempo de observación potencial. Cada noche, el programador priorizará los puntos del cielo no observados durante la noche anterior, permitiendo que el telescopio observe todo el cielo austral cada tres noches.

El algoritmo también tendrá como objetivo cumplir con los requisitos de observación específicos para cuatro grandes áreas definidas del cielo visibles desde la ubicación del LSST. Por ejemplo, la región conocida como North Ecliptic Spur incluye objetos en nuestro sistema solar. Distinguir los movimientos de los asteroides y otras características del sistema solar de los fenómenos más distantes en el mismo campo de visión requiere el uso de imágenes emparejadas tomadas con 20 minutos de diferencia.

"Uno de los desafíos de este proyecto es que las diferentes regiones del cielo tienen diferentes limitaciones y diferentes objetivos, y tenemos que respetar a todos aquellos en base a lo que requieran, "explicó Naghib, quien pasó un semestre trabajando con astrónomos en la Universidad de Washington para refinar las funciones del programador.

Otras características del programador incluyen la capacidad de recuperarse de interrupciones técnicas, tanto esperado como inesperado, y flexibilidad incorporada que permite a los investigadores ajustar el algoritmo a medida que cambian los objetivos científicos. Proporciona un marco que se puede aplicar a otros telescopios en el futuro, dijo Naghib.

Este trabajo forma la base del planificador del LSST, que los ingenieros de software del proyecto están trabajando para implementar en preparación para la prueba y verificación inicial del telescopio en 2021.