Les chercheurs plongent dans un univers synthétique pour nous aider à mieux comprendre le réel. À l’aide de superordinateurs du Laboratoire national d’Argonne du Département de l’énergie des États-Unis, dans l’Illinois, les scientifiques ont créé près de 4 millions d’images simulées représentant le cosmos grâce au télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA et à l’observatoire Vera C. Rubin, financés conjointement par la NSF (le National Science Foundation) et le DOE, au Chili, le verront.
Michael Troxel, professeur agrégé de physique à l’Université Duke de Durham, en Caroline du Nord, a dirigé la campagne de simulation dans le cadre d’un projet plus vaste appelé OpenUniverse. L’équipe publie désormais un sous-ensemble de 10 téraoctets de ces données, les 390 téraoctets restants devant suivre cet automne une fois traités.
“En utilisant la machine Theta d’Argonne, aujourd’hui retirée, nous avons accompli en neuf jours environ ce qui aurait pris environ 300 ans sur votre ordinateur portable”, a déclaré Katrin Heitmann, cosmologiste et directrice adjointe de la division de physique des hautes énergies d’Argonne, qui gérait le temps du supercalculateur du projet. “Les résultats façonneront les futures tentatives de Roman et Rubin pour éclairer la matière noire et l’énergie noire tout en offrant à d’autres scientifiques un aperçu des types de choses qu’ils pourront explorer à l’aide des données des télescopes.”
Une répétition générale cosmique
Pour la première fois, cette simulation a pris en compte les performances des instruments des télescopes, ce qui en fait l’aperçu le plus précis à ce jour du cosmos tel que Roman et Rubin le verront une fois qu’ils commenceront à observer. Rubin commencera ses opérations en 2025 et Roman de la NASA sera lancé d’ici mai 2027.
La précision de la simulation est importante car les scientifiques examineront les futures données des observatoires à la recherche de minuscules caractéristiques qui les aideront à percer les plus grands mystères de la cosmologie.
Roman et Rubin exploreront tous deux l’énergie noire, la force mystérieuse censée accélérer l’expansion de l’univers. Puisqu’elle joue un rôle majeur dans la gouvernance du cosmos, les scientifiques sont impatients d’en apprendre davantage à son sujet. Des simulations comme OpenUniverse les aident à comprendre les signatures que chaque instrument imprime sur les images et à perfectionner dès maintenant les méthodes de traitement des données afin de pouvoir déchiffrer correctement les données futures. Les scientifiques pourront alors faire de grandes découvertes, même à partir de signaux faibles.
“OpenUniverse nous permet de calibrer nos attentes quant à ce que nous pouvons découvrir avec ces télescopes”, a déclaré Jim Chiang, scientifique au laboratoire national des accélérateurs SLAC du DOE à Menlo Park, en Californie, qui a contribué à créer les simulations. “Cela nous donne l’occasion d’exercer nos pipelines de traitement, de mieux comprendre nos codes d’analyse et d’interpréter avec précision les résultats afin que nous puissions nous préparer à utiliser les données réelles dès qu’elles commencent à arriver.”
Ensuite, ils continueront à utiliser des simulations pour explorer la physique et les effets des instruments qui pourraient reproduire ce que les observatoires voient dans l’univers.
Travail d’équipe télescopique
Il a fallu une équipe nombreuse et talentueuse provenant de plusieurs organisations pour mener une simulation d’une telle ampleur.
“Peu de personnes dans le monde sont suffisamment compétentes pour exécuter ces simulations”, a déclaré Alina Kiessling, chercheuse scientifique au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en Californie du Sud et chercheuse principale d’OpenUniverse. “Cette entreprise massive n’a été possible que grâce à la collaboration entre le DOE, l’Argonne, le SLAC et la NASA, qui ont rassemblé toutes les ressources et experts appropriés.”
Et le projet s’intensifiera une fois que Roman et Rubin commenceront à observer l’univers.
“Nous utiliserons les observations pour rendre nos simulations encore plus précises”, a déclaré Kiessling. “Cela nous donnera un meilleur aperçu de l’évolution de l’univers au fil du temps et nous aidera à mieux comprendre la cosmologie qui a finalement façonné l’univers.”
Les simulations de Roman et Rubin couvrent la même partie du ciel, totalisant environ 0,08 degrés carrés (environ l’équivalent d’un tiers de la surface du ciel couverte par une pleine Lune). La simulation complète, qui sera publiée plus tard cette année, couvrira 70 degrés carrés, soit environ la zone du ciel couverte par 350 pleines Lunes.
Leur superposition permet aux scientifiques d’apprendre à utiliser les meilleurs aspects de chaque télescope : la vue plus large de Rubin et la vision plus nette et plus profonde de Roman. Cette combinaison produira de meilleures contraintes que celles que les chercheurs pourraient obtenir de l’un ou l’autre observatoire seul.
“Connecter les simulations comme nous l’avons fait nous permet de faire des comparaisons et de voir comment l’enquête spatiale de Roman contribuera à améliorer les données de celle au sol de Rubin”, a déclaré Heitmann. “Nous pouvons explorer des moyens de distinguer plusieurs objets qui se mélangent dans les images de Rubin et d’appliquer ces corrections sur une couverture plus large.”
Les scientifiques peuvent envisager de modifier les plans d’observation ou les pipelines de traitement des données de chaque télescope pour bénéficier de l’utilisation combinée des deux.
“Nous avons fait des progrès phénoménaux en simplifiant ces pipelines et en les rendant utilisables”, a déclaré Kiessling. Un partenariat avec l’IRSA (Infrared Science Archive) de Caltech/IPAC rend les données simulées accessibles dès maintenant, de sorte que lorsque les chercheurs accéderont à des données réelles à l’avenir, ils seront déjà habitués aux outils. “Maintenant, nous voulons que les gens commencent à travailler avec les simulations pour voir quelles améliorations nous pouvons apporter et se préparer à utiliser les futures données aussi efficacement que possible.”
2024-06-13 03:30:14
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