Nella foto qui ci sono il telescopio Subaru e altri telescopi sulla vetta del Mauna Kea alle Hawaii, Credito USA:Shutterstock
Un team internazionale di scienziati, tra cui esperti di calcolo ad alte prestazioni KAUST e astronomi dell'Osservatorio di Parigi e dell'Osservatorio astronomico nazionale del Giappone (NAOJ), in collaborazione con NVIDIA, sta portando la ricerca di pianeti abitabili e l'osservazione delle galassie della prima epoca al livello successivo.
Una dimostrazione in cielo è stata recentemente realizzata sul telescopio Subaru da 8,2 metri di NAOJ, e il team dell'Osservatorio di Parigi sta già ampliando gli algoritmi per futuri telescopi più grandi. Il KAUST Extreme Computing Research Center (ECRC) sta lavorando con gli astronomi per sviluppare gli avanzati algoritmi Extreme-AO che soddisferanno la formidabile sfida dell'imaging di esopianeti abitabili.
"Imaging di esopianeti con grandi telescopi terrestri è molto impegnativo a causa del contrasto stella/pianeta e della sfocatura indotta dall'atmosfera terrestre. Sono necessarie ottiche adattive ad alte prestazioni, a volte indicate come 'Extreme-AO', " ha dichiarato il dottor Hatem Ltaief, un ricercatore senior presso l'ECRC.
Dalla collaborazione è emerso un approccio radicalmente nuovo all'AO:più veloce, algoritmi di controllo più grandi e molto più intelligenti. Alimentato dal codice di algebra lineare dell'Università in esecuzione su unità di elaborazione grafica NVIDIA (GPU), il nuovo sistema di calcolo si ottimizza continuamente e impara persino ad anticipare i disturbi ottici in rapida evoluzione indotti dall'atmosfera terrestre.
Il telescopio Subaru si trova 14, 000 piedi sopra il livello del mare al vertice del Mauna Kea nelle Hawaii. Credito:Telescopio Subaru, Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone.
"Questa fantastica nuova tecnologia è già stata utilizzata per dare un'occhiata più da vicino agli esopianeti in orbita attorno alle stelle vicine. Con i telescopi più grandi di 25-40 metri che gli astronomi stanno attualmente costruendo, verranno ripresi nuovi pianeti simili alla Terra in orbita attorno a stelle vicine e verrà misurata la loro composizione atmosferica per cercare segni di vita come ossigeno, acqua o metano, " ha detto il professor Damien Gratadour, un astronomo all'Osservatorio di Parigi.
I ricercatori dell'ECRC hanno recentemente implementato un nuovo algoritmo Singular Value Decomposition (SVD), spesso indicato come il cavallo di battaglia per l'algebra lineare numerica, per controllare in modo ottimale un piccolo specchio deformabile ad alta velocità per compensare la turbolenza atmosferica. Questa ricerca ha portato a uno dei migliori paper award alla Platform for Advanced Scientific Computing (PASC) Conference 2018 a Basilea, Svizzera. L'innovazione è già utilizzata con successo dagli astronomi per l'immagine di esopianeti con il telescopio Subaru situato a 14, 000 piedi alle Hawaii.
"Questa sfida è ulteriormente esacerbata dai grandi telescopi, dove l'immagine di pianeti abitabili attraverso l'atmosfera terrestre è notoriamente difficile, e richiede un nuovo approccio all'ottica adattiva. I nostri precedenti sistemi AO erano piuttosto lenti e in ritardo rispetto all'aberrazione ottica in rapida evoluzione dovuta alla turbolenza atmosferica, " ha osservato il professor Olivier Guyon, un astronomo al telescopio Subaru.
Gli astronomi stanno costruendo una nuova generazione di grandi telescopi che offrono circa 15 volte la raccolta di luce dei più grandi telescopi di oggi. Il telescopio gigante di Magellano, il Thirty Meter Telescope e l'Extremely Large Telescope (mostrato qui accanto all'iconico faro dell'Università) saranno in grado di sondare gli esopianeti vicini per l'attività biologica. Credito:Marta J. Golemiec
"L'algoritmo SVD sviluppato dagli scienziati KAUST ci consente di correggere in tempo reale la sfocatura atmosferica delle immagini scattate da grandi telescopi utilizzando l'Extreme-AO più intelligente. L'algoritmo ora impara a ottimizzare se stesso e non siamo più sopraffatti dalla turbolenza, " Lui continuò.
Lavorare a stretto contatto con NVIDIA è stato fondamentale per il successo del progetto.
"Questa è una sfida HPC senza precedenti, " ha detto Steve Oberlin, Chief Technology Officer per l'elaborazione accelerata presso NVIDIA. "Le aberrazioni ottiche indotte dall'atmosfera cambiano su una scala temporale di millisecondi. Sugli attuali grandi telescopi, gli algoritmi devono calcolare migliaia di posizioni dell'attuatore deformabile in un millisecondo o meno per rendere più nitide le immagini. Il Subaru Telescope è il più alto utilizzo terrestre registrato di questo tipo di sistemi GPU. Continuiamo a lavorare con il team mentre l'hardware viene ridimensionato per questo entusiasmante progetto a causa dell'impatto critico sulle prestazioni delle GPU NVIDIA".
Il lavoro del team di progetto si aggiunge al contributo storico del Medio Oriente nel campo dell'astronomia.
"Stiamo aiutando gli astronomi a fare un uso migliore dei telescopi più avanzati di oggi e di domani. È interessante notare che molte delle stelle che osserviamo con il telescopio Subaru sono state avvistate per la prima volta dagli astronomi della regione e hanno mantenuto i loro nomi arabi. Speriamo di contribuire alla tradizione dell'astronomia nella regione, " Ha detto Ltaief.
