Med lanceringen af ​​en ny nattehimmelundersøgelse, UW-forskere klar til en æra med big data-astronomi

De første astronomer havde et begrænset værktøjssæt:deres øjne. De kunne kun observere de stjerner, planeter og himmelbegivenheder, der er klare nok til at opfange dem uden hjælp. Men nutidens astronomer bruger stadig mere følsomme og sofistikerede instrumenter til at se og spore en række kosmiske vidundere, inklusive genstande og begivenheder, der var for dunkle eller fjerne til deres himmelskuende forfædre.

Den 14. nov. forskere ved California Institute of Technology, University of Washington og otte yderligere partnerinstitutioner, meddelte, at Zwicky Transient Facility, det seneste følsomme værktøj til astrofysiske observationer på den nordlige halvkugle, har set "første lys" og tog sit første detaljerede billede af nattehimlen.

Når den er fuldt operationel i 2018, ZTF vil scanne næsten hele den nordlige himmel hver nat. Baseret på Palomar Observatory i det sydlige Californien og drevet af Caltech, ZTF's mål er at bruge disse natlige billeder til at identificere "forbigående" objekter, der varierer mellem observationer - identificerer begivenheder lige fra supernovaer millioner af lysår væk til asteroider nær Jorden.

I 2016 UW Department of Astronomy sluttede sig formelt til ZTF-teamet og vil hjælpe med at udvikle nye metoder til at identificere de mest "interessante" af de millioner af ændringer på himlen – inklusive nye objekter – som ZTF vil opdage hver nat og advare videnskabsmænd. Den vej, disse højprioriterede transiente objekter kan følges op i detaljer af større teleskoper, inklusive UW's andel af Apache Point Observatory 3,5 meter teleskop.

"UW er en af ​​verdens førende inden for undersøgelsesastronomi, og tilslutning til ZTF vil uddybe vores evne til at udføre banebrydende videnskab på ZTF's massive, datastrøm i realtid, " sagde Eric Bellm, en UW assisterende professor i astronomi og ZTF's undersøgelsesforsker. "En af styrkerne ved ZTF er dets globale samarbejde, bestående af eksperter inden for tidsdomæneastronomi fra institutioner rundt om i verden."

Identificere, katalogisering og klassificering af disse himmellegemer vil påvirke studier af stjerner, vores solsystem og udviklingen af ​​vores univers. ZTF kunne også hjælpe med at opdage elektromagnetiske modstykker til gravitationsbølgekilder opdaget af Advanced LIGO og Jomfruen, som andre observatorier gjorde i august, da disse detektorer opfangede gravitationsbølger fra sammensmeltningen af ​​to neutronstjerner.

Men for at låse op for dette løfte, ZTF kræver massiv dataindsamling og realtidsanalyse - og UW-astronomer har en historie med at møde sådanne "big data"-udfordringer.

Rødderne til big data astronomi på UW strækker sig tilbage til Sloan Digital Sky Survey, som brugte et teleskop ved Apache Point Observatory i New Mexico til at indsamle præcise data om "rødforskydning" - eller stigende bølgelængde - af galakser, når de bevæger sig væk fra hinanden i det ekspanderende univers. Når først de er analyseret ordentligt, dataene hjalp astronomer med at skabe et mere nøjagtigt 3-D "kort" over det observerbare univers. UW's undersøgelsesastronomigruppe er samlet inden for Data Intensive Research in Astrophysics and Cosmology (DIRAC) Institute, som omfatter forskere fra Institut for Astronomi samt eScience Institute og Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering.

"Det var naturligt for UW's astronomiafdeling at slutte sig til ZTF-holdet, fordi vi har samlet et dedikeret team og ekspertise til 'big data' astronomi, og vi har meget at lære af ZTF's partnerskaber og potentielle opdagelser, " sagde UW lektor i astronomi Mario Juric.

Fra Jorden, himlen er i bund og grund en kæmpe kugle, der omgiver vores planet. Hele den kugle har et areal på mere end 40, 000 kvadratgrader. ZTF bruger et nyt højopløsningskamera monteret på Palomar-observatoriets eksisterende Samuel Oschin 48-tommer Schmidt-teleskop. Tilsammen udgør disse instrumenter den duet, der så første lys for nylig, og efter måneders finjustering vil de være i stand til at tage billeder af 3, 750 kvadratgrader hver time.

Disse billeder vil være en størrelsesorden mere talrige end dem, der er produceret af ZTF's forgænger undersøgelse på Palomar. Men da disse forbigående objekter kan falme eller ændre position på himlen, analyseværktøjer skal køre i næsten realtid, når billederne kommer ind.

"Vi vil lede efter noget subtilt, der ændrer sig over tid, " sagde Bellm. "Og givet hvor meget af himlen ZTF vil afbilde hver nat, det kunne være titusindvis af genstande af potentiel interesse, der identificeres med få dages mellemrum."

Fra et dataanalysesynspunkt, det er ingen lette opgaver. Men, det er netop den slags opgaver, som UW-astronomer har arbejdet på som forberedelse til Large Synoptic Survey Telescope, som forventes at se det første lys i det næste årti. LSST, beliggende i det nordlige Chile, er et andet big data-projekt inden for astrofysik, og forventes at tage billeder af næsten hele nattehimlen med få dages mellemrum.

"Data fra ZTF-undersøgelserne vil påvirke næsten alle områder inden for astrofysik, samt forberede os på LSST længere nede, sagde Juric.