Scienziati dell'Università di Manchester che lavorano su un rivoluzionario progetto di telescopio hanno sfruttato la potenza del calcolo distribuito dalla collaborazione GridPP del Regno Unito per affrontare uno dei più grandi misteri dell'Universo:la natura della materia oscura e dell'energia oscura.

I ricercatori dell'Università di Manchester hanno utilizzato le risorse fornite da GridPP - che rappresentano il contributo del Regno Unito alla griglia di calcolo utilizzata per trovare il bosone di Higgs al CERN - per eseguire l'elaborazione delle immagini e algoritmi di apprendimento automatico su migliaia di immagini di galassie dall'International Dark Energy Indagine.

Il team di Manchester fa parte del progetto collaborativo per costruire il Large Synoptic Survey Telescope (LSST), un nuovo tipo di telescopio attualmente in costruzione in Cile e progettato per condurre un'indagine di 10 anni dell'Universo dinamico. LSST sarà in grado di mappare l'intero cielo visibile.

In preparazione all'avvio della scansione rivoluzionaria di LSST, un progetto di ricerca pilota ha aiutato i ricercatori a rilevare e mappare il taglio cosmico visto nel cielo notturno, uno dei segni rivelatori della materia oscura e dell'energia oscura che si pensa costituisca circa il 95% di ciò che vediamo nell'Universo. Questo a sua volta aiuterà a prepararsi per l'analisi dei 200 petabyte di dati previsti che LSST raccoglierà quando entrerà in funzione nel 2023.

Il team di ricerca pilota con sede presso la Manchester of University è stato guidato dal dottor Joe Zuntz, un cosmologo originariamente al Jodrell Bank Observatory di Manchester e ora ricercatore presso il Royal Observatory di Edimburgo.

"Il nostro obiettivo generale è affrontare il mistero dell'universo oscuro - e questo progetto pilota è stato estremamente significativo. Quando l'LSST sarà pienamente operativo, i ricercatori affronteranno un diluvio di dati galattici - e il nostro lavoro ci preparerà per la sfida analitica che ci attende, "ha detto Sarah Briglia, Professore di Astrofisica.

Il dottor George Beckett, il Project Manager del Centro Scientifico LSST-UK con sede presso l'Università di Edimburgo, ha aggiunto:"Il pilota è stato un grande successo. Dopo aver completato il lavoro, Joe ei suoi colleghi sono in grado di eseguire analisi di taglio su vasti set di immagini molto più velocemente di quanto non fosse in precedenza. I ringraziamenti vanno ai membri della comunità GridPP per la loro assistenza e supporto in tutto."

L'LSST produrrà immagini di galassie in un'ampia varietà di bande di frequenza dello spettro elettromagnetico visibile, con ogni immagine che fornisce informazioni diverse sulla natura e la storia della galassia. In tempi passati, le misurazioni necessarie per determinare proprietà come il taglio cosmico potrebbero essere state fatte a mano, o almeno con l'elaborazione informatica supervisionata da persone.

Con i miliardi di galassie che dovrebbero essere osservati da LSST, tali approcci sono irrealizzabili. È stato quindi sviluppato un software specializzato per l'elaborazione delle immagini e l'apprendimento automatico (Zuntz 2013) per l'uso con le immagini della galassia da telescopi come LSST e i suoi predecessori. Questo può essere usato per produrre mappe di taglio cosmico. La sfida diventa quindi quella di elaborare e gestire i dati per centinaia di migliaia di galassie ed estrarre i risultati scientifici richiesti dai ricercatori LSST e dalla più ampia comunità di astrofisica.

Poiché ogni galassia è essenzialmente indipendente dalle altre galassie nel catalogo, lo stesso flusso di lavoro di elaborazione delle immagini è altamente parallelizzabile. Questo lo rende un problema ideale da affrontare con il tipo di risorse e infrastrutture di High-Throughput Computing (HTP) offerte da GridPP. In molti modi, i dati degli eventi di collisione di particelle Large Hadron Collider del CERN sono come quelli prodotti da una fotocamera digitale (anzi, rilevatori basati su pixel vengono utilizzati vicino ai punti di interazione) e GridPP elabora regolarmente miliardi di tali eventi come parte del Worldwide LHC Computing Grid (WLCG).

Un esercizio pilota, guidato dal dottor Joe Zuntz mentre era all'Università di Manchester e supportato da uno degli esperti GridPP più longevi ed esperti, Senior System Administrator Alessandra Forti, ha visto il porting del flusso di lavoro di analisi delle immagini all'infrastruttura di calcolo distribuito di GridPP. Per il pilota sono stati utilizzati i dati del Dark Energy Survey (DES).

Dopo aver trasferito questi dati dagli Stati Uniti a GridPP Storage Elements, e abilitare l'organizzazione virtuale LSST su un numero di siti GridPP Tier-2, il pacchetto software di analisi IM3SHAPE (Zuntz, 2013) è stato testato su locale, macchine client grid-friendly per garantire un funzionamento regolare sulla rete. I lavori di analisi sono stati quindi inviati e gestiti utilizzando la suite software Ganga, che è in grado di coordinare le migliaia di singole analisi associate a ciascun lotto di galassie. Le corse iniziali sono state inviate utilizzando Ganga ai siti della rete locale, ma il pilota è passato alla presentazione a più siti tramite il servizio GridPP DIRAC (Distributed Infrastructure with Remote Agent Control). La flessibilità di Ganga consente entrambi i tipi di sottomissione, che ha reso il passaggio dall'esecuzione locale a quella distribuita significativamente più semplice.

Alla fine del pilota, Il dottor Zuntz è stato in grado di eseguire il flusso di lavoro di elaborazione delle immagini su più siti GridPP, inviando regolarmente migliaia di lavori di analisi su immagini DES.