Los astrónomos profesionales no hacen descubrimiento mirando a través de un ocular como podrías con un telescopio de patio. En cambio, recopilan imágenes digitales en cámaras masivas unidas a grandes telescopios.
Así como puede tener una biblioteca interminable de fotos digitales guardadas en su teléfono móvil, muchos astrónomos recopilan más fotos de las que tendrían tiempo para mirar. En cambio, los astrónomos como yo miran algunas imágenes, luego construyen algoritmos y luego usan computadoras para combinar y analizar el resto.
Pero, ¿cómo podemos saber que los algoritmos que escribimos, cuando ni siquiera tenemos tiempo para mirar todas las imágenes? En algunas imágenes podemos practicar, pero una nueva forma de construir los mejores algoritmos es que simula con precisión algunas imágenes falsas.
Con imágenes falsas, podemos ajustar las propiedades exactas de los objetos en la imagen. De esta manera, podemos ver si los algoritmos que entrenamos se pueden descubrir correctamente.
Mi grupo de investigación y asociados han descubierto que la mejor manera de crear imágenes astronómicas falsas pero reales para molestar a la simulación de luz de fortalecimiento y su interacción con todo lo que se encuentra. La luz consiste en partículas llamadas fotones y podemos simular cada fotón. Escribimos un código disponible públicamente para convertirlo en un simulador de fotones llamado o Phozim.
El objetivo del proyecto Phosim es crear imágenes falsas reales que nos ayuden a comprender dónde provienen de telescopios reales de telescopios reales. Las imágenes falsas nos ayudan a entrenar programas que se ordenan a través de imágenes de telescopios reales. Y los resultados del estudio utilizado por Phosim también pueden ayudar a los astrónomos con una distorsión y daño adecuados en sus imágenes telescópicas reales.
Datos en la colocación
Pero primero, ¿por qué hay tantos datos astronómicos en primer lugar? Se debe principalmente al aumento de los telescopios entrevistados dedicados. Mapa del telescopio de encuesta de la región en el cielo, no solo indica ciertos objetos.
Estas observaciones tienen una extensa colección de áreas, un gran campo de visión y un régimen de encuestas dedicado para recolectar la mayor cantidad de luz posible durante un período de tiempo. La investigación principal de las últimas dos décadas incluye SDSS, Kepler, Blanco-Decam, Subaru HSC, TESS, ZTF y Euclid.
El Observatorio Vera Rubin en Chile terminó recientemente la construcción y pronto se unirá a ellos. Su investigación pronto comenzará después del evento oficial de "primera mirada" 23. Junio de 2025. Años. Tendrá un conjunto particularmente fuerte de capacidades de investigación.
Los observadores de Rubin pueden mirar la región del vecino a la vez, es varias veces más alto que el mes completo y pueden examinar todo el hemisferio celestial del sur cada pocas noches.
Los observadores de Vera Rubin necesitarán mucha luz para el mapa de construcción del cielo. Observatorio Rubin / NSF / Aura / B. Kint, CC BI-SA
La encuesta puede iluminar la práctica cada tema de la astronomía.
Algunos de los ambiciosos problemas de investigación incluyen las mediciones de la materia oscura y la energía oscura, para encontrar asteroides en el sistema solar, construir un mapa tridimensional del universo, encontrar nuevos planetas fuera del sistema solar y monitorear millones de instalaciones que cambian con el tiempo, incluida la supernova.
Todas estas encuestas crean grandes datos en la inundación. Todas las noches generan docenas de terabytes: es un millón de miles de millones de píxeles recolectados en segundos. En el caso extremo del observador de Ruby, si pasaste todo el día viendo imágenes por el tamaño equivalente de la pantalla de televisión 4K, las verías 25 veces demasiado lentas y nunca podrías seguir el ritmo.
En este ritmo, ningún individuo podría mirar todas las imágenes. Pero los programas automatizados pueden procesar datos.
Los astrónomos no solo los objetos astronómicos no revisan como planeta, una galaxia o supernova. A menudo medimos el tamaño de la misma instalación, forma, brillo y posición de muchas maneras diferentes en muchas condiciones diferentes.
Pero más medidas vienen con más complicaciones. Por ejemplo, las mediciones tomadas bajo ciertas condiciones climáticas o una parte de la cámara no pueden estar de acuerdo con otras en diferentes lugares o en diferentes condiciones. Los astrónomos pueden corregir estos errores, llamados sistemáticos, con una calibración o algoritmos cuidadosos, pero solo si entendemos la razón de las inconsistencias entre diferentes mediciones. Viene un phoizim. Una vez corregidos, podemos usar todas las imágenes y hacer medidas más detalladas.
Simulaciones: un fotón a la vez
Para comprender el origen de esta sistemática, hemos construido Phosim, que puede simular la propagación de partículas de luz, fotones, a través de la atmósfera de la Tierra y luego en el telescopio y la cámara.
La simulación de los fotones que viajaban de una estrella en la fe de Vera Rubin se realizó con Phosim. Las capas de turbulencia en el rango de la atmósfera según los patrones del viento (borde superior), y los espejos se deforman (arriba a la derecha) dependiendo de la temperatura y la fuerza sobre ellos. Los fotones con diferentes longitudes de onda (colores) se muestrean de la estrella, reflejando la atmósfera, y luego se comunican con telescopios, filtros y lentes. Finalmente, los fotones expulsan electrones en el sensor (medio inferior) que cuentan en píxeles para hacer una imagen (abajo a la derecha). John Peterson / Purdue
Phosim simula la atmósfera, incluida la turbulencia del aire, así como las distorsiones de la forma de los espejos telescopios y las propiedades eléctricas de los sensores. Los fotones se extienden utilizando varias físicas que predicen lo que hacen los fotones cuando se encuentran con espejos y lentes de aire y telescopio.
La simulación termina con la colección de electrones que patearon los fotones en la red de píxeles, para hacer una imagen.
La presentación de la luz como billón de fotón es eficiente en computadora y la aplicación del método Monte Carlo, que utiliza muestreo aleatorio. Los investigadores utilizaron Phosim para verificar algunos aspectos del diseño y evaluar el diseño y las evaluaciones para que sus imágenes se vieran.
Simulaciones de la matriz de exposición de estrellas, galaxias y luz de fondo a través del observatorio de basura usando Phosim. Los fotones se muestrean de los objetos, luego se comunican con la atmósfera de la Tierra y el telescopio de Rubin y una cámara. John Peterson / Purdue
Los resultados son complejos, pero hasta ahora tenemos variaciones conectadas a las temperaturas a través de los telescopios directamente al astigmatismo, en la esquina de las imágenes. También estudiamos cómo la turbulencia de alta altura en la atmósfera que puede interferir en el camino hacia el telescopio cambia las vistas de las estrellas y las galaxias en la imagen y causan formas borrosas correlacionadas con el viento. Hemos demostrado que los campos eléctricos en sensores telescópicos, que están destinados a ser verticales, pueden distorsionarse y cubrir por imágenes.
Los investigadores pueden usar estos nuevos resultados para corregir sus mediciones y un mejor uso de todos los datos recopilados por los telescopios.
Tradicionalmente, los análisis astronómicos no les importaba este nivel de detalle, pero tendrá que tener que tener mediciones cuidadosas con la investigación actual y futura. Los astrónomos pueden aprovechar al máximo esta base de datos utilizando simulaciones para lograr un nivel más profundo de comprensión.
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