Asztrofizika az Interneten: a Világtávcső

Átírás

1 Asztrofizika az Interneten: a Világtávcső Szalay Sándor Johns Hopkins University, Baltimore

2 Az ég első térképei Kinai, 940 A.D.

3 Tycho Brahe 1600 A.D. Uranometria, Johannes Beyer, Tycho Brahe csillagtérképéből

4 Tycho Brahe 1600 A.D. Uranometria, Johannes Beyer, Tycho Brahe csillagtérképéből

5 USNO Palomar és UK Schmidt lemezek alapján

6 COBE, 1990 A mikrohullámú háttér fluktuációinak felfedezése

7 A Sloan Digital Sky Survey Astrophysical Research Consortium (ARC) The University of Chicago Princeton University The Johns Hopkins University The University of Washington Fermi National Accelerator Laboratory US Naval Observatory The Japanese Participation Group The Institute for Advanced Study New Mexico State University Max Planck Institute für Astrophysik Max Planck Institute für Astronomie SLOAN Alapitvány, NSF, DOE, NASA Célunk az északi égbolt minden eddiginél részletesebb térképe, 5 év alatt, kb. $80M USD költséggel 40 Terabyte nyers adat, kb. 3 Terabyte a feldogozás után

8 A Sloan Digital Sky Survey Astrophysical Research Consortium (ARC) The University of Chicago Princeton University The Johns Hopkins University The University of Washington Fermi National Accelerator Laboratory US Naval Observatory The Japanese Participation Group The Institute for Advanced Study New Mexico State University A projekt végére Max Planck 17 év, $100M Institute USD für Astrophysik Max Planck Institute für Astronomie 120 Terabyte adat, kb. 15 Terabyte a feldogozás után SLOAN Alapitvány, NSF, DOE, NASA Célunk az északi égbolt minden eddiginél részletesebb térképe, 5 év alatt, kb. $80M USD költséggel 40 Terabyte nyers adat, kb. 3 Terabyte a feldogozás után

9 Motiváció Az Univerzum végső térképe: a Kozmikus Genóm Projekt! A galaxisok térbeli eloszlása: Mi a fluktuációk eredete? Mi az eloszlás topológiája? Mit tartalmaz az Univerzum? Mennyi a sötét anyag? Népszámlálás az Univerzumban: Hogyan kelekeztek a galaxisok? Az Univerzum idősebb objektumai: Hol vannak a legtávolabbi kvazárok?

10 A táguló Univerzum Az Univerzum tágul: a galaxisok távolodnak, mérhető a spektrumvonalak vöröseltolódásából v = H o r Hubble törvény Az Univerzum sorsát a tágulási és a gravitációs energia aránya dönti el Ω = sűrűség/kritikus ha Ω <1, örökké tágul

11 Az Univerzum elemei Az Univerzum tömegének legnagyobb része sötét anyag, valószinűleg hideg. Ω d > Ω * > Ω γ Az Univerzum gravitációs energiájának legnagyobb része un. sötét energia, vagy kozmológiai konstans. Ω Λ > Ω d A galaxisok térbeli eloszlása jól meghatározott szerkezetet mutat, amely a korai Univerzumból származik. P(k): fluktuáció spectrum

12 Az Univerzum elemei Az Univerzum tömegének legnagyobb része sötét anyag, valószinűleg hideg. Ω d > Ω * > Ω γ Az Univerzum gravitációs energiájának legnagyobb része un. sötét energia, vagy kozmológiai konstans. Ω Λ > Ω d A galaxisok térbeli eloszlása jól meghatározott szerkezetet mutat, amely a korai Univerzumból származik. P(k): fluktuáció spectrum

13 Az Univerzum paraméterei H 0 Hubble konstans km/s/mpc Ω 0 a sűrűségi paraméter t 0 az univerzum életkora Gév κ 0 az univerzum görbülete Ω m az anyag sűrűsége Ω Λ a kozmológiai konstans Ω B / Ω 0 a barion-tartalom Ω ν a neutrinók sűrűsége? Még mindig sok a bizonytalanság, habár sokkal kisebb mint egy évvel ezelőtt... Cél: néhány százalékos pontosság 2 éven belül Preciziós kozmológia!

14 A Kozmikus Genóm projekt Az SDSS lesz az Univerzum minden eddiginél részletesebb térképe Gregory and Thompson 1978

15 A Kozmikus Genóm projekt Az SDSS lesz az Univerzum minden eddiginél részletesebb térképe delapparent, Geller and Huchra 1986

16 A Kozmikus Genóm projekt Az SDSS lesz az Univerzum minden eddiginél részletesebb térképe dacosta etal 1995

17 A Kozmikus Genóm projekt Az SDSS lesz az Univerzum minden eddiginél részletesebb térképe SDSS Collaboration 2002

18 A Kozmikus Genóm projekt Az SDSS lesz az Univerzum minden eddiginél részletesebb térképe SDSS Collaboration 2002

19 A galaxisok eloszlása Egészen nagy skálákon is megmérjük a galaxisok eloszlását

20 A galaxisok eloszlása Egészen nagy skálákon is megmérjük a galaxisok eloszlását A fluktuácók amplitudójának hibája 1970 x x ± ± ± ±0.05

21 Releváns hossz-skála Távolságokat Megaparszekben mérünk: 1 Mpc = 3 x cm 5 Mpc = a galaxisok közti távoság 3000 Mpc = az Univerzum mérete ha λ >200 Mpc a fluktuációk alakja PRIMORDIÁLIS ha λ <100 Mpc a gravitáció hatására éles strukturák, falak és üregek keletkeznek Biasing galaxisok nem mindenütt keletkeznek: a legtöbb galaxis a nagy sűrűségű helyek közelében található, ezért az Univerzumban a fény eloszlása jobban strukturált mint a tömegé.

22 Az Univerzum topológiája Milyen a galaxisok eloszlása? Falakon vannak-e főleg a galaxisok, vagy inkább majdem véletlenszerűen helyezkednek el?

23 Az SDSS elemei Speciális 2.5m távcső, Apache Point, NM 3 fokos látószög Lapos fókuszsik Két, egymást kiegészitő kisérlet: Nagy felbontású képek öt szinben Spektrumok felvétele Óriási CCD mozaik 52 CCD, 120 millió pixel, sokáig a világ legnagyobb kamerája Két nagy felbontású spektrográf 640 fényvezető üvegszál, 3900Å-től 9200Å-ig terjedő spektrumok Automatizált adatfeldolgozás 130 emberévnyi szoftver fejlesztés Óriási adatmennyiség Több mint 40 Terabyte nyers, kb. 15 Terabyte feldolgozott adat. Minden adat nyilvános

24 Apache Point Obszervatórium Apache Point, Új Mexikó, a White Sands National Monument közelében

25 Az SDSS távcső

26 Megfigyelési stratégia A képek 2.5 fok széles sávok Elkerüljük a Tejútrendszer sikját A déli féltekén többszörös (30) expozició

27 Az SDSS körvonalai

28 Az SDSS körvonalai

29 Több-szinű fotometria SDSS 5 szinben készit képeket λ~1500 Å, λ~5000 Å 30,000 galaxis/perc 150 milló galaxis, 150 millió csillag 10,000 négyzetfok, az ég ¼-e `drift-scan : a Földdel együtt forog a távcső Másodpercenként 8MB

30 A spektroszkópia A galaxisok vöröseltolódása távolság A SDSS Redshift Survey: 1 millió galaxis - ebből 100,000 elliptikus (z=0.4) 100,000 kvazár 100,000 csillag Két spektrográf átfogás Å. egyszerre 640 spektrum 1.5 Å felbontás Az adatfeldolgozás teljesen automatikus

31 A műszerek

32 A kamera

33 A kamera

34 A kamera

35 A csíkos ég

36 Kalibrációk A légkör áteresztőképessége állandóan változik: kalibráció szükséges Robot-távcső: automatikusan követi a fő távcsövet

37 Az első képek 1998 május 9

38 NGC 2068

39 UGC 3214

40 NGC 6070

41 A spektrogáfok

42 Az üvegszálak A galaxisok fényét vezetik a spektrográfba Összesen 640 üvegszál

43 Az első spektrumok

44 Elliptikus galaxis (E) Elliptikus galaxis (E)

45 Spirál galaxis (Sc) Spirál Galaxis (Sc)

46 Irreguláris galaxis (Irr) Irreguláris galaxis (Irr)

47 Kvazár Kvazár

48 Automatikus adatfeldolgozás

49 A hét legtávolabbi kvazárt az SDSS találta! A legtávolabbi kvazárok

50 A legtávolabbi kvazárok A hét legtávolabbi kvazárt az SDSS találta! 2000 tavasza: 5.3 és 5.8 vöröseltolódás 2001 tavasza: 6.0 és 6.28

51 Hanghullámok az Univerzumban Rekombináció fizikája Zeldovich,Sunyaev, Peebles, Yu Andrei Sakharov Korai állóhullámok Az Univerzum egy rezonáns üreg Méret: hang-horizont

52 COBE DMR térkép

53 WMAP 1 éves (2003)

54 WMAP 3 éves

55 WMAP 5 éves ILC

56 WMAP 5 éves spektrum

57 SDSS+2dF SDSS DR6+2dF SDSS DR5 (Percival et al 2006) Percival, Cole, Eisentein, Nichol, Peacock, Pope, Szalay (2007)

58 Az Univerzum paraméterei

59 Az Univerzum paraméterei

60 Az Univerzum paraméterei H 0 Hubble konstans km/s/mpc Ω 0 a sűrűségi paraméter t 0 az univerzum életkora Gév κ 0 az univerzum görbülete Ω m az anyag sűrűsége Ω Λ a kozmológiai konstans Ω B / Ω 0 a barion-tartalom Ω ν a neutrinók sűrűsége? Még mindig sok a bizonytalanság, habár sokkal kisebb mint egy évvel ezelőtt... Cél: néhány százalékos pontosság 2 éven belül Preciziós kozmológia!

61 SkyServer Története Célok Egyszerű, vizuáls hozzáférés izgalmas új adatokhoz Megmutatni, hogy érdekes adatok nem csak unalmas felületen kereszül lehet elérni Kisérlet tudományos publikációk új formájára Tervezett hallgatóság Okos középiskolások Amatőr csillagászok Széles nyilvánosság Eleve több nyelvre készült

62

63 EDR: Early Data Release SDSS Early Data Release (2001, június 6) 100 GB katalógus, néhány száz négyzetfok SkyServer csak ismeretterjesztésre Két hét alatt (Szalay és Gray, 20 órás munkanapok) Web site tervezése (Szalay) Képek egy automatizált PhotoShop scripttel Tartalom Stephen Landy Hardware Compaq ajándéka

64 DR1: Data Release 1 Az első igazi publikáció (2003 Május) 1.1TB adatbázis, csatolva 6TB képhez SkyServer vizuális interface teljesen átirva New graphic design by Curtis Wong, Asta Roseway (MS) Modified stylesheets and embedded scripts only Web site translated in 2 days Új vizuális eszközök (SOAP Web Services) Szalay, Gray, Maria Nieto-SantiSteban Nzivánosan publikált API Helpdesk 24 órában MySkyServer 0.65GB laptop változat

65 DR2: Data Release Március 15, 2.2 Tbos adatbázis Interface lényegében nem változott Szines képek tejesen újra processzálva Több nyelvű forditás Japán, Francia, Német, Spanyol, Magyar Összes eszközt teljesen átirtuk Most már megfelel a profi csillagászoknak is Drámaian növekszik a forgalom 3 web szerver és 3 DB szerver Collaborációs eszközök: MyDB

66 SDSS végre elkészült! 2008 május 10-én az SDSS hivatalosan végetért Végső publikáció (DR8) 2008 október 31-én Végleges archiválás Összes papir U. Chicago Library Mély digitális JHU Library Adatbázis JHU Physics Archivum több mint 100TB Összes nyers adat Összes kalibrált adat Összes adatbázis véltozat (>18TB) Tejes archivum, műszaki rajzok Teljes szoftver archivum

67 SkyServer Statisztikák 650 millió web hit 8 év alatt 1,000,000 IP cim vs 15,000 csillagász 100 milliárd sornyi adat letöltve Minden hatványfüggvény Kollaborációs eszközök Casjobs/MyDB Profi felhasznóknak saját adatbázis Eredmények a központi szerveren, kapcsolódnak a fő adatokhoz Egyszerű rajzoló programok Több mint 2,400 profi user

68 SkyServer Forgalom Web and SQL Traffic Hits Web SQL Month Expon. (Web)

69 Skyserver Sessions Singh et al 2006

70 Az Univerzum Mega-Térképei A következő generáció térképei teljesen megváltoztatják a mai csillagászatot az ég nagy részét lefedik homogén, jól kalibrált katalógusok 5 éven belül 11 hullámhosszon készül térkép - SDSS + FIRST, GALEX, PRIME A technológia az adatok kezelésére már elérhető és egyre jobb lesz Adatbányászat ( Data mining ) rengeteg új felfedezéshez vezet majd A katalógusok integrálása a következő nagy feladat: => Virtuális Obszervatórium

71 Trendek Mikrohullámú háttér (pixel) 1990 COBE Boomerang 10, CBI 50, WMAP 1 Million 2008 Planck 10 Million Galaxis képek és poziciók (obj) 1970 Lick 1M 1990 APM 2M 2005 SDSS 200M 2008 VISTA 1000M 2012 LSST 3000M Idő dimenzió QUEST SDSS Extension survey Dark Energy Camera PanStarrs SNAP LSST Galaxis távolságok 1986 CfA LCRS dF SDSS

72 Exponenciális Világ Tudományos adatok évente duplázódnak Olcsó szenzorok és egyre gyorsabb komputerek Megváltozik a tudomány Minden tudományág átalakul (escience) Egyre több munka az adatok analizise Nem csak a tudomány a világ szervereinek 20%-a öt cég tulajdona Google, Microsoft, Yahoo, Amazon, ebay

73 Gray Törvényei Jim Gray (Turing dij): Tudományos számitások az adatok körül forognak Sok kis gépből épitsünk nagyot Scale-out Vigyük az analizist az adatokhoz Kezdjük a 20 kérdéssel Működőtől működőig

74 Virtuális Obszervatórium A legtöbb adat elérhető az Interneten Az Internet a világ legjobb távcsöve: Látja az egész eget Az egész elektromágneses spektrumban: látható, röntgen, rádio, UV, IR.. Olyan érzékeny mint a legjobb távcsövek (2 évvel ezelőtt...). Mindig elérhető Az atmoszféra mindig átlátszó Okos a távcső: összkapcsolja az objektumokat, a képeket és a róluk szóló cikkeket A szofver a fő költség Lényeg a szabványositás... és Open Source

75

76 National Virtual Observatory NSF ITR project, Building the Framework for the National Virtual Observatory NASA adatcentrumok Nemzeti obszervatóriumok Szupercomputer centrumok Egyetemek Informatikusok Mér 15 országban (MO-on is) International Virtual Observatory Alliance

77 Jim Gray eltűnik a tengeren 2006 január 28 Mindent felülmúló keresés Coast Guard, Google, Microsoft, Amazon 100,000 ember keresi az interneten Szétdaraboltuk a műholdas képeket, és emberek szemre kerestek vitorlás hajókat Wired Magazin 2006 őszén leirja történetét Ennek hatására Google Sky, Microsoft World Wide Telescope Galaxy Zoo, hasonló a műholdas kereséshez

78 GalaxyZoo SkyServer + önkéntesek (C. Lintott, Oxford) 40+ millió galaxis klasszifikácó szemmel Óriási publicitás (CNN, Times, Washington Post, BBC) 200,000 résztvevő, blogs, versek,. Egy holland tanárnő óriási felfedezése (Hannys Voorwerp) További megfigyelések: Hubble, VLBA, GALEX Teljesen új módja a tudománynak

79 WWT, Google Sky Microsoft, Jim Gray emlékére Curtis Wong, Jonathan Fay, kb. egy év munkával Messze a legjobb interface bármilyen csillagászati programhoz Virtuális túrák Bolygók és holdak SDSS három dimenzióban (Miguel Aragon-Calvo, Mark SubbaRao) Google Sky (Andrew Connolly, Ryan Scranton)

80 Magyar hozzájárulások Budavári Tamás (JHU/ELTE) Csabai István (ELTE) Dobos László (ELTE) Purger Norbert (ELTE) Szapudi István (U. Hawaii) Szokoly Gyula (ELTE) Szalay Sándor (JHU/ELTE)

81 The future is already here. It s just not very evenly distributed William Gibson