https://frosthead.com

Veliki podatki so preoblikovanje, kako astronomi počnejo odkritja

V začetku tega leta so se astronomi spopadli s fascinantno ugotovitvijo: na tisoče črnih lukenj verjetno obstaja v bližini središča naše galaksije.

Rentgenske slike, ki so omogočile to odkritje, niso bile iz najsodobnejšega novega teleskopa. Niti niso bili pred kratkim - nekateri podatki so bili zbrani pred skoraj 20 leti.

Ne, raziskovalci so odkrili črne luknje s kopanjem po starih, dolgo arhiviranih podatkih.

Odkritja, kakršna so ta, bodo postala le bolj pogosta, saj se obdobje "velikih podatkov" spreminja v znanosti. Astronomi vsak dan zberejo eksponencialno večjo količino podatkov - toliko, da bodo trajala leta, da bomo odkrili vse skrite signale, pokopane v arhivih.

**********

Pred šestdesetimi leti je tipični astronom večinoma delal sam ali v majhni ekipi. Najbrž so imeli dostop do izrazito velikega zemeljskega optičnega teleskopa pri svoji ustanovi.

Njihova opažanja so bila večinoma omejena na optične valovne dolžine - več ali manj, kar lahko vidi oko. To je pomenilo, da so pogrešali signale iz številnih astrofizičnih virov, ki lahko oddajajo nevidno sevanje iz zelo nizkofrekvenčnega radia vse do visokoenergijskih gama žarkov. Če ste se hoteli ukvarjati z astronomijo, ste morali večinoma biti akademska ali ekscentrična bogata oseba, ki ima dostop do dobrega teleskopa.

Stari podatki so bili shranjeni v obliki fotografskih plošč ali objavljenih katalogov. Toda dostop do arhivov iz drugih opazovalnic bi bil lahko težaven - amaterski astronomi pa so bili praktično nemogoči.

Danes obstajajo opazovalnice, ki pokrivajo celoten elektromagnetni spekter. Te najsodobnejše opazovalnice običajno ne izvajajo vesoljske agencije, ki jih več skupnih prizadevanj vključuje veliko držav.

S prihodom digitalne dobe so skoraj vsi podatki javno dostopni kmalu po njihovi pridobitvi. Zaradi tega je astronomija zelo demokratična - kdor hoče, lahko ponovno analizira skoraj vsak nabor podatkov, ki omogoča novice. (Tudi vi lahko pogledate podatke Chandra, ki so privedli do odkritja tisočerih črnih lukenj!)

Vesoljski teleskop Hubble Vesoljski teleskop Hubble (NASA)

Ti opazovalniki ustvarjajo osupljive količine podatkov. Na primer, vesoljski teleskop Hubble, ki deluje od leta 1990, je opravil več kot 1, 3 milijona opazovanj in vsak teden prenaša približno 20 GB surovih podatkov, kar je impresivno za teleskop, prvič zasnovan v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. Velik milimeterski niz Atacama v Čilu zdaj predvideva dodajanje 2 TB podatkov v svoje arhive vsak dan.

**********

Arhivi astronomskih podatkov so že impresivno veliki. A stvari bodo kmalu eksplodirale.

Vsaka generacija opazovalnic je običajno vsaj 10-krat bolj občutljiva kot prejšnja, bodisi zaradi izboljšane tehnologije bodisi zaradi tega, ker je misija preprosto večja. Glede na to, kako dolgo traja nova misija, lahko zazna stokrat več astronomskih virov kot prejšnje misije na tej valovni dolžini.

Na primer, primerjajte zgodnji observatorij gama žarkov EGRET, ki je letel v devetdesetih letih prejšnjega stoletja, z NASA-ino vodilno misijo Fermi, ki je letos dopolnila 10 let. EGRET je na nebu zaznal le okoli 190 virov gama žarkov. Fermi je videl že več kot 5000.

Veliki sinoptični anketni teleskop, optični teleskop, ki se trenutno gradi v Čilu, bo vsakih nekaj noči slikal celotno nebo. Tako občutljiv bo, da bo na nove ali prehodne vire sprožil 10 milijonov opozoril na noč, kar bo vodilo v katalog z več kot 15 petabajti po 10 letih.

Armatura kvadratnih kilometrov, ko bo dokončana leta 2020, bo najobčutljivejši teleskop na svetu, ki lahko zazna letališke radarske postaje tujih civilizacij, oddaljenih do 50 svetlobnih let. V samo enem letu delovanja bo ustvaril več podatkov kot celoten internet.

Ti ambiciozni projekti bodo preizkusili sposobnost znanstvenikov za ravnanje s podatki. Slike bo treba samodejno obdelati, kar pomeni, da bo treba podatke zmanjšati na obvladljivo velikost ali jih spremeniti v končni izdelek. Novi opazovalni objekti pritiskajo na površino računske moči, ki zahtevajo zmogljivosti, ki lahko dnevno obdelajo stotine terabajtov.

V arhivih, ki iz tega izhajajo - vse, ki jih lahko javno iščete, bo vsebovan milijon krat več informacij o tem, kaj lahko shranite na tipično varnostno kopijo 1 TB.

**********

Zaradi podatkovnega potopa bo astronomija postala bolj sodelovalna in odprta znanost kot kdaj koli prej. Zahvaljujoč internetnim arhivom, robustnim učnim skupnostim in novim pobudam za doseganje informacij lahko državljani zdaj sodelujejo v znanosti. Na primer, z računalniškim programom lahko vsakdo uporablja svoj prosti čas za pomoč pri iskanju gravitacijskih valov pred trkom črnih lukenj.

Tudi za znanstvenike je to vznemirljiv čas. Astronomi, kot sem jaz, pogosto preučujejo fizične pojave na časovnicah tako divje od običajnega človeškega življenja, da jih gledanje v realnem času preprosto ne bo zgodilo. Dogodki, kot je tipična združitev galaksije - tako se sliši - lahko trajajo sto milijonov let. Vse, kar lahko posnamemo, je posnetek, kot en sam posnetek iz posnetka prometne nesreče.

Vendar pa obstajajo nekateri pojavi, ki se pojavljajo v krajših časovnih okvirih, ki trajajo le nekaj desetletij, let ali celo sekund. Tako so znanstveniki v novi študiji odkrili tisoče črnih lukenj. Pred kratkim so ugotovili, da emisija rentgenskih žarkov iz središča pritlikave galaksije bledi, odkar so jo prvič zaznali v devetdesetih letih prejšnjega stoletja. Ta nova odkritja kažejo, da bo v arhivskih podatkih, ki segajo v desetletja, mogoče najti več.

Vroč vroči plin s črno luknjo v velikanski eliptični galaksiji M87. Vroč vroči plin s črno luknjo v velikanski eliptični galaksiji M87. (NASA, ESA, E. Meyer, W. Sparks, J. Biretta, J. Anderson, ST Sohn in R. van der Marel (STScI), C. Norman (univerza Johns Hopkins) in M. Nakamura (Academia Sinica ))

Pri svojem delu uporabljam arhiv Hubble za izdelavo filmov o "curkih", plazmi visoke hitrosti, ki se izpušča v žarke iz črnih lukenj. Preko 400 surovih slik, ki so se raztezale 13 let, sem posnel film curka v bližnji galaksiji M87. Ta film je prvič prikazal zasuke gibanja plazme, kar kaže, da ima curek vijačno strukturo.

Tovrstno delo je bilo možno le zato, ker so drugi opazovalci v druge namene ravno takrat, ko sem bil v vrtcu, ujeli slike vira, ki me zanima. Ko bodo astronomske slike postale večje, višja ločljivost in vedno bolj občutljive, bo tovrstno raziskovanje postalo pravilo.


Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovoru. Pogovor

Eileen Meyer, docentka fizike, Univerza v Marylandu, okrožje Baltimore

Veliki podatki so preoblikovanje, kako astronomi počnejo odkritja