فناوری سرن برای کمک به بررسی جهان تاریک

04 ژوئیه 2023 – به روز رسانی از CERN

CEST، جدیدترین ماموریت آژانس فضایی اروپا با موشک فالکون 9 اسپیس ایکس از کیپ کاناورال در فلوریدا، ایالات متحده آمریکا پرتاب شد. تلسکوپ فضایی 2 تنی، 4.5 متری و قطری 3.1 متری که اقلیدس نام دارد، برای نقشه برداری از هندسه کیهان، به ویژه برای کشف ماهیت ماده تاریک و انرژی تاریک استفاده خواهد شد. اقلیدس از سال 2015 یک آزمایش شناخته شده توسط CERN بوده است و از نرم افزارهای کلیدی و زیرساخت محاسباتی ارائه شده توسط CERN برای پردازش حجم وسیعی از داده ها استفاده خواهد کرد.

درک تکامل کیهان یک چالش اساسی در فیزیک مدرن است. مشاهدات نجومی نشان می دهد که سرعت انبساط کیهان ثابت نیست و دانشمندان بر این باورند که انرژی تاریک می تواند علت آن باشد، در حالی که ماده تاریک بر ساختار مقیاس بزرگ کیهان حاکم است. همانطور که از نام آن‌ها پیداست، ماده تاریک و انرژی تاریک برای تلسکوپ‌های کنونی «نامرئی» هستند، زیرا آن‌ها مانند ماده معمولی – یا «مرئی» – با نور تعامل ندارند. دانشمندان در عوض از تلسکوپ‌هایی مانند اقلیدس برای جستجوی اثرات آن‌ها بر روی ماده قابل مشاهده استفاده می‌کنند، مانند اندازه‌گیری جابه‌جایی‌های قرمز آن‌ها برای مطالعه تغییر شکل‌های کوچک اشکال کهکشان‌ها و توزیع کهکشان‌ها در فضا و زمان. اقلیدس جامع ترین تحقیق تا به امروز خواهد بود که نور نوری میلیاردها کهکشان را تا 10 میلیارد سال نوری از ما اسکن می کند و تقریبا یک سوم آسمان را می پوشاند. هدف این است که نقشه ای از زمان و مکان ساختار بزرگ کیهان ایجاد کنیم.

برای انجام این کار، این ماموریت به حجم وسیعی از داده ها و قابلیت های پردازش داده نیاز دارد. اینجاست که CERN که برای پردازش و ذخیره داده‌های میلیون‌ها برخورد ذرات پرانرژی در ثانیه استفاده می‌شود، وارد می‌شود. سرن در بخش علوم زمین برنامه اقلیدس (SGS) مشارکت دارد. SGS داده های اقلیدس را پردازش و تجزیه و تحلیل می کند و آن ها را با داده های تلسکوپ های زمینی ادغام می کند تا خواص انرژی تاریک و ماده تاریک را مطالعه کند.

SGS بیش از 850 گیگابیت تصاویر فشرده در روز را پردازش می کند که بزرگترین ماموریت ESA تا به امروز است و در پایان بیش از ده ها پتابایت داده کاهش یافته تولید می کند. لوکا والنزیانو، نماینده کنسرسیوم اقلیدس در سرن می گوید: «با توجه به پیچیدگی زیرساخت ها و فشار در تجزیه و تحلیل داده ها در سریع ترین زمان ممکن، پشتیبانی و تخصص CERN از اهمیت بالایی برخوردار است. “داده ها در زیرساخت توزیع شده از 9 مرکز داده پردازش خواهند شد. CERN ابزاری را برای استقرار کارآمد نرم‌افزار در این مراکز داده با استفاده از CVMFS سیستم فایل CernVM فراهم می‌کند و به پشتیبانی از Euclid SGS در طول عمر ماموریت خود ادامه خواهد داد.

مشارکت CERN به یک مشارکت فناوری محدود نمی شود، زیرا فیزیک نظری در آزمایشگاه پیوندهای قوی با علم اقلیدس دارد. مارکو سیمونوویچ، از دپارتمان فیزیک نظری سرن، توضیح می‌دهد: «ویژگی‌های دقیق نوسانات چگالی کهکشان‌ها به کل تاریخ کیهان بستگی دارد و کیهان‌شناسان در سرن روی ایجاد چارچوب‌های نظری برای پیش‌بینی آن‌ها کار کرده‌اند. ابزارهایی که در میان مکان‌های دیگر در سرن ایجاد شده‌اند، توسط همکاری اقلیدس برای مقایسه داده‌ها و نظریه‌ها و آزمون نظریه‌ها فراتر از مدل‌های استاندارد کیهان‌شناسی و فیزیک ذرات استفاده می‌شوند. هر کشف جدید در کیهان شناسی به طور غیر مستقیم یک کشف جدید در فیزیک ذرات خواهد بود.

سرن بخشی از کنسرسیوم اقلیدس است، سازمانی که حدود 2000 دانشمند را در 300 آزمایشگاه در 17 کشور مختلف در اروپا، ایالات متحده آمریکا، کانادا و ژاپن گرد هم می آورد. این مسئول طراحی و ساخت ابزارهای NISP و VIS، جمع‌آوری تمام داده‌های تکمیلی مبتنی بر زمین، توسعه استراتژی بررسی و خط لوله پردازش داده برای تولید تمام تصاویر و کاتالوگ‌های کالیبره‌شده و بهره‌برداری علمی از داده‌ها است.