Para peneliti di Laboratorium Nasional Argonne milik Departemen Energi AS telah menciptakan hampir 4 juta gambar simulasi kosmos untuk Nancy Grace Teleskop Luar Angkasa Romawi dan Observatorium Vera C. Rubin.

Simulasi ini, bagian dari proyek OpenUniverse, dicapai dengan menggunakan superkomputer dan memberikan pratinjau yang sangat akurat tentang bagaimana teleskop ini akan mengamati alam semesta. Simulasi ini penting untuk mempelajari materi gelap dan energi gelap, dan membantu para ilmuwan mempersiapkan pengamatan nyata yang dimulai pada tahun 2025 untuk Rubin dan 2027 untuk Roman.

Para ilmuwan menyelami alam semesta sintetis untuk membantu kita lebih memahami alam semesta yang sebenarnya. Dengan menggunakan komputer super di Laboratorium Nasional Argonne milik Departemen Energi AS di Illinois, para ilmuwan telah menciptakan hampir 4 juta gambar simulasi yang menggambarkan kosmos sebagai NASATeleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman milik NASA dan Observatorium Vera C. Rubin, yang didanai bersama oleh NSF (National Science Foundation) dan DOE, di Chili, akan melihatnya.

Teknik Simulasi Canggih untuk Mengamati Kosmos

Michael Troxel, seorang profesor fisika di Duke University di Durham, North Carolina, memimpin kampanye simulasi sebagai bagian dari proyek yang lebih luas yang disebut OpenUniverse. Tim tersebut kini merilis subset data berukuran 10 terabyte, dengan 390 terabyte sisanya akan menyusul musim gugur ini setelah diproses.

“Dengan menggunakan mesin Theta milik Argonne yang kini sudah tidak digunakan lagi, kami berhasil menyelesaikan dalam waktu sekitar sembilan hari apa yang akan memakan waktu sekitar 300 tahun di laptop Anda,” kata Katrin Heitmann, seorang kosmolog dan wakil direktur divisi Fisika Energi Tinggi Argonne yang mengelola waktu superkomputer proyek tersebut. “Hasilnya akan membentuk upaya Roman dan Rubin di masa mendatang untuk menerangi materi gelap dan energi gelap sekaligus menawarkan kepada ilmuwan lain pratinjau tentang jenis hal yang dapat mereka jelajahi menggunakan data dari teleskop.”

Mengungkap Rahasia Alam Semesta Melalui Simulasi

Untuk pertama kalinya, simulasi ini memperhitungkan kinerja instrumen teleskop, menjadikannya pratinjau kosmos yang paling akurat sejauh ini sebagaimana yang akan dilihat Roman dan Rubin begitu mereka mulai mengamati. Rubin akan mulai beroperasi pada tahun 2025, dan wahana antariksa Roman milik NASA akan diluncurkan pada bulan Mei 2027.

Ketepatan simulasi ini penting karena para ilmuwan akan menyisir data masa depan observatorium untuk mencari fitur-fitur kecil yang akan membantu mereka mengungkap misteri terbesar dalam kosmologi.

Roman dan Rubin akan mengeksplorasi energi gelap – kekuatan misterius yang diperkirakan mempercepat perluasan alam semesta. Karena energi gelap memainkan peran utama dalam mengatur kosmos, para ilmuwan ingin mempelajarinya lebih lanjut. Simulasi seperti OpenUniverse membantu mereka memahami tanda-tanda yang tercetak pada gambar dan menyempurnakan metode pemrosesan data sekarang sehingga mereka dapat menguraikan data masa depan dengan benar. Kemudian para ilmuwan akan dapat membuat penemuan besar bahkan dari sinyal yang lemah.

“OpenUniverse memungkinkan kami mengkalibrasi ekspektasi kami terhadap apa yang dapat kami temukan dengan teleskop ini,” kata Jim Chiang, seorang ilmuwan staf di Laboratorium Akselerator Nasional SLAC milik DOE di Menlo Park, California, yang membantu membuat simulasi tersebut. “Ini memberi kami kesempatan untuk melatih alur pemrosesan kami, lebih memahami kode analisis kami, dan menafsirkan hasilnya secara akurat sehingga kami dapat bersiap untuk menggunakan data sebenarnya segera setelah data tersebut mulai masuk.”

Kemudian mereka akan terus menggunakan simulasi untuk mengeksplorasi fisika dan efek instrumen yang dapat mereproduksi apa yang dilihat observatorium di alam semesta.

Kerjasama Tim Teleskopik

Dibutuhkan tim yang besar dan berbakat dari beberapa organisasi untuk melakukan simulasi sebesar itu.

“Hanya sedikit orang di dunia yang memiliki keterampilan yang cukup untuk menjalankan simulasi ini,” kata Alina Kiessling, seorang ilmuwan peneliti di Laboratorium Propulsi Jet NASA (Bahasa Inggris JPL) di California Selatan dan peneliti utama OpenUniverse. “Upaya besar ini hanya mungkin terjadi berkat kolaborasi antara DOE, Argonne, SLAC, dan NASA, yang menyatukan semua sumber daya dan pakar yang tepat.”

Dan proyek ini akan semakin meningkat setelah Roman dan Rubin mulai mengamati alam semesta.

“Kami akan menggunakan pengamatan tersebut untuk membuat simulasi kami lebih akurat,” kata Kiessling. “Ini akan memberi kita wawasan yang lebih luas tentang evolusi alam semesta dari waktu ke waktu dan membantu kita lebih memahami kosmologi yang pada akhirnya membentuk alam semesta.”

Simulasi Roman dan Rubin mencakup bidang langit yang sama, dengan total sekitar 0,08 derajat persegi (setara dengan sepertiga area langit yang tertutupi oleh Bulan purnama). Simulasi lengkap yang akan dirilis akhir tahun ini akan mencakup 70 derajat persegi, sekitar area langit yang tertutupi oleh 350 Bulan purnama.

Dengan menggabungkan keduanya, para ilmuwan dapat mempelajari cara menggunakan aspek terbaik dari masing-masing teleskop – pandangan Rubin yang lebih luas dan penglihatan Roman yang lebih tajam dan lebih dalam. Kombinasi ini akan menghasilkan batasan yang lebih baik daripada yang dapat diperoleh peneliti dari salah satu observatorium saja.

“Dengan menghubungkan simulasi seperti yang telah kami lakukan, kami dapat membuat perbandingan dan melihat bagaimana survei berbasis ruang angkasa Roman akan membantu meningkatkan data dari survei berbasis darat milik Rubin,” kata Heitmann. “Kami dapat mengeksplorasi cara untuk memisahkan beberapa objek yang berpadu dalam gambar Rubin dan menerapkan koreksi tersebut pada cakupan yang lebih luas.”

Para ilmuwan dapat mempertimbangkan untuk memodifikasi rencana pengamatan atau jalur pemrosesan data masing-masing teleskop untuk mendapatkan manfaat penggunaan gabungan keduanya.

“Kami membuat langkah fenomenal dalam menyederhanakan alur kerja ini dan membuatnya dapat digunakan,” kata Kiessling. Kemitraan dengan IRSA (Infrared Science Archive) milik Caltech/IPAC membuat data simulasi dapat diakses sekarang sehingga saat peneliti mengakses data nyata di masa mendatang, mereka sudah terbiasa dengan alat tersebut. “Sekarang kami ingin orang-orang mulai bekerja dengan simulasi untuk melihat peningkatan apa yang dapat kami lakukan dan bersiap untuk menggunakan data masa depan seefektif mungkin.”

OpenUniverse, bersama dengan perangkat simulasi lain yang dikembangkan oleh pusat Operasi Sains dan Dukungan Sains Roman, akan mempersiapkan para ilmuwan untuk kumpulan data besar yang diharapkan dari Roman. Proyek ini menyatukan puluhan pakar dari JPL NASA, Argonne DOE, IPAC, dan beberapa universitas AS untuk berkoordinasi dengan Tim Infrastruktur Proyek Roman, SLAC, dan Rubin LSST DESC (Legacy Survey of Space and Time Dark Energy Science Collaboration). Superkomputer Theta dioperasikan oleh Argonne Leadership Computing Facility, fasilitas pengguna Kantor Sains DOE.

Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman, yang dinamai sesuai nama kepala astronomi pertama NASA, adalah observatorium masa depan yang akan diluncurkan pada pertengahan tahun 2020-an. Teleskop ini bertujuan untuk menjelajahi energi gelap, eksoplanet, dan astrofisika inframerah, serta menyediakan bidang pandang yang lebih luas daripada teleskop konvensional. Teleskop Luar Angkasa Hubble dan menggunakan teknologi canggih seperti coronagraphs untuk mengambil gambar eksoplanet secara langsung. Misi ini dirancang untuk menjawab pertanyaan penting dalam kosmologi dan memperluas pemahaman kita tentang alam semesta.

Observatorium Vera C. Rubin, yang sebelumnya dikenal sebagai Large Synoptic Survey Telescope (LSST), dirancang untuk melakukan Legacy Survey of Space and Time (LSST) selama 10 tahun untuk memetakan seluruh langit yang terlihat dengan detail yang belum pernah ada sebelumnya. Terletak di Chili, observatorium ini akan menggunakan teleskop bidang lebar dan kamera 3,2 miliar piksel untuk mengamati jutaan galaksi dan fenomena langit, membantu dalam studi materi gelap, energi gelap, dan pembentukan galaksi Bima Sakti. Bima SaktiSurvei ekstensifnya diharapkan dapat merevolusi pemahaman kita tentang alam semesta dan bagaimana ia berevolusi.