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29 de abril de 2019

Anãs marrons classificadas utilizando dados do DES

As anãs marrons são descritas como objetos com mais massa que um planeta, porém não grandes o bastante para serem consideradas como estrelas. Além do tamanho, o que diferencia uma estrela de um planeta é a emissão de luz. No caso da anã marrom, há a queima do elemento deutério (um tipo mais pesado de hidrogênio) produzindo uma fraca emissão de luz – e, justamente por isso, é bastante difícil observá-la por métodos tradicionais utilizados pela astronomia (ver concepção artística na Figura 1). A temperatura do núcleo não é alta o suficiente para realizar fusão de hidrogênio e faz com que esses objetos não sejam considerados como estrelas. A confirmação observacional da primeira anã marrom ocorreu somente nos anos 90. Até o momento, há cerca de pouco mais de 2.000 anãs marrons confirmadas espectroscopicamente, e algumas poucas amostras fotométricas de candidatas a anãs marrons.

Figura 1 – Concepção artística de uma anã marrom. Crédito da imagem: NASA/JPJ-Caltech.

Grandes levantamentos astronômicos desempenham um papel importante na busca por anãs marrons, com o objetivo de aumentar seu censo e, por consequência, fazer estimativas da distribuição dessa população na Via Láctea. Alguns exemplos de grandes levantamentos que ajudaram na identificação de anãs marrons são Sloan Digital Sky Survey (SDSS), The Two Micron All Sky Survey (2MASS) e mais recentemente, o Dark Energy Survey (DES).

Figura 2 – Aurélio Carnero, pós-doutorando lider da pesquisa.

Neste último trabalho (veja a publicação aqui), liderado pelos filiados ao LIneA Aurelio Carnero (CIEMAT, Espanha), Basilio Santiago UFRGS) e Marina dal Ponte (UFRGS), apresentamos um catálogo contendo 11.745 anãs marrons com distância até ~500 pc e tipo espectral obtido usando as fotometrias dos levantamentos DES, Vista Hemisphere Survey (VHS) e Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Esse é o maior catálogo contendo candidatas a anãs marrons já produzido. A combinação de dados fotométricos de diferentes surveys é necessária para uma correta classificação espectral, como demostramos no artigo. Com os dados do DES; cobrimos uma faixa espectral do visível ao infra vermelho próximo, e com o VHS e o WISE; cobrimos frequências no infra-vermelho, aonde as anãs marrons são mais brilhantes.

Para realizar a busca, foi feita uma seleção nos dados baseado em cores típicas para anãs marrons. Depois, foram utilizados modelos empíricos com o objetivo de classificar a amostra e remover possíveis contaminantes. Também realizamos simulações para estimar o número esperado de anãs marrons considerando os parâmetros estruturais da Via Láctea, além de magnitudes absolutas e cores em função do tipo espectral. Assim, comparando nosso catálogo com as simulações foi possível inferir a escala do disco fino da Via Láctea para a população de anãs marrons de tipo espectral L, que são os objetos mais numerosos na nossa amostra. Com esta lista de candidatas, esperamos iniciar um processo de confirmação através de novas observações. Também este artigo é importante pois abre uma nova linha de pesquisa no LIneA, e o ferramental desenvolvido nesta pesquisa servirá para levantamentos futuros como o LSST, que deve iniciar em breve.

Figura 3 – Escala de tamanho de uma anã marrom (em inglês, brown dwarf). Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/UCB

LIneA é um laboratório apoiado pelo Observatório Nacional (ON), Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), e pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), criado com a finalidade de dar suporte à participação brasileira em levantamentos astronômicos. O INCT do e-Universo também apoia brasileiros participantes de grandes levantamentos astronômicos, incluindo o DES e o LSST.




18 de abril de 2019

Medindo a distância no espaço usando o portal do Dark Energy Survey

No dia 28 de março o artigo liderado pela doutoranda Julia Gschwend foi publicado no blog do Science Trends, um site de divulgação científica fundado em 2017 que cobre as áreas da ciência e tem alcance internacional. O trabalho já tinha sido reconhecido anteriormente, quando publicado na revista Astronomy & Computing, e fala sobre como a medição de distância é um desafio importante na astronomia. Para resolver esse problema, redshifts fotométricos (photo-z’s) têm sido amplamente utilizados pela comunidade astronômica. Embora menos precisos que os espectroscópicos, eles são mais baratos e mais rápidos (em relação ao número de galáxias medidos por tempo de exposição).

Neste trabalho, foi abordado como a infraestrutura do Portal da Ciência do Dark Energy Survey (DES) se apresenta como uma solução para conectar todas as etapas do procedimento completo para estimar o photo-z, garantindo consistência e controle de proveniência. O Portal é uma ferramenta baseada na Web que combina um aplicativo da Web, um sistema de fluxo de trabalho, um cluster de computadores e dois bancos de dados. Ele é desenvolvido de forma colaborativa por um grande número de pessoas de TI e ciência espalhadas geograficamente pelo Brasil. Também temos contribuições de membros do DES em vários outros países entre as instituições participantes do DES.

Figura 1 – Observatório de Cerro Tololo que abriga a Dark Energy Camera. Créditos da imagem: Fermilab.

A reportagem está na íntegra do Sciende Trends, em inglês, e pode ser acessada através deste link. Isto mostra o reconhecimento do trabalho desenvolvido no país, e a capacidade de internacionalização dos afiliados ao LIneA e INCT do e-Universo envolvidos nestes projetos internacionais.

LIneA é um laboratório apoiado pelo Observatório Nacional (ON), Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), e pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), criado com a finalidade de dar suporte à participação brasileira em levantamentos astronômicos. O INCT do e-Universo também apoia brasileiros participantes de grandes levantamentos astronômicos, incluindo o LSST.




17 de abril de 2019

A dança dos ventos galácticos

A captura de matéria por buracos negros supermassivos (de um milhão a 10 bilhões vezes mais massivos que o Sol) localizados no centro da maioria das galáxias, resulta em uma grande quantidade de emissão de energia. Na maioria das galáxias, o buraco negro central não está ativamente capturando matéria, mas em galáxias com material disponível em suas redondezas, o processo de aumento de massa resulta na produção de radiação e ventos emanados do disco que se forma no entorno do buraco negro.

Estes objetos são conhecidos como núcleos ativos de galáxias. Há pouco tempo, acreditava-se que somente os núcleos ativos mais poderosos eram capazes de produzir ventos em escalas galácticas (cerca de 25 mil anos-luz), porém um estudo realizado em 2016 utilizando dados do projeto Mapping Nearby Galaxies at APO (MaNGA) revelou uma população de galáxias que hospedam núcleos ativos de baixa luminosidade capazes de produzir ventos galácticos. Estes ventos parecem ser responsáveis por impedir a formação de novas estrelas, afetando assim, a evolução das galáxias. A esta classe de galáxias foi dada o nome de Red Geysers, em alusão aos ventos emanados do núcleo e a cor avermelhada de populações estelares velhas, que dominam a emissão de radiação.

Um estudo liderado por Rogemar Riffel (UFSM) e outros afiliados ao LIneA, em colaboração com pesquisadores da USP e instituições internacionais, revelou uma característica inusitada das Red Geysers. O estudo, publicado em abril na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, utilizou dados do levantamento MaNGA em conjunto com observações obtidas com o Telescópio Gemini Norte (Figura 1) da galáxia Akira, protótipo da classe de Red Geysers. Este estudo possibilitou a análise detalhada da cinemática e excitação do gás na região central desta galáxia, próximo do buraco negro supermassivo.

 

Figura 1 – Telescópio Gemini Norte. Créditos da imagem: Observatório Gemini.
Figura 2 – Emissão e velocidade do gás na galáxia Akira, observado com o MaNGA (esquerda) e Gemini (direita). Os mapas de cima mostram a largura equivalente (EqW) da linha Halpha do átomo de hidrogênio, utilizado para traçar a emissão do gás. As barras de cores indicam os valores de EqW em Angstrons. Os painéis inferiores mostram os campos de velocidades, com as barras de cores indicando as velocidades em km/s. Regiões em vermelho indicam que o gás está se afastando de nós e regiões em azul representam o gás se aproximando. Os círculos pretos mostram que a direção do vento varia com a distância ao núcleo da galáxia e que esta variação está associada a uma maior emissão do gás. Nas figuras, 1 arcsec corresponde a cerca de 1600 anos-luz. Créditos da imagem: Créditos: R. A. Riffel.

Os pesquisadores descobriram que além de se estender em escalas galácticas, a orientação do “vento” varia com a distância ao centro da galáxia (Figura 2). A explicação mais provável para este fenômeno é que ele se deva à precessão do disco de acreção que circunda o buraco negro supermassivo no centro de Akira (Figura 3). Embora jatos relativísticos associados a discos de acreção precessionantes sejam comumente reportados na literatura, o trabalho realizado por afiliados do LIneA representa a primeira detecção de ventos sub-relativísticos (velocidades de poucas centenas de quilômetros por segundo). Considerando que estes ventos possuem um ângulo de abertura maior do que os jatos relativísticos, eles conseguem atingir um volume maior da galáxia, e possivelmente impedir que novas estrelas sejam formadas.

Figura 3 – Concepção artística de ventos produzidos no disco de acreção em núcleos ativos de galáxias: Créditos da imagem: ESA/AOES Medialab.

Entender o efeito dos ventos emanados por núcleos ativos nas galáxias que os hospedam é crucial para entender como as galáxias se formam e evoluem, e o trabalho liderado pela equipe brasileira representa uma importante peça neste quebra-cabeça. A equipe pretende realizar trabalhos semelhantes para outras Red Geysers, a fim de verificar a presença de ventos originados pelo crescimento do disco de acreção. Mais detalhes sobre o estudo podem ser encontrados no artigo publicado.

O LIneA é um laboratório apoiado pelo Observatório Nacional (ON), Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), e pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), que tem como missão dar suporte a participantes de grandes levantamentos como o MaNGA, além de ter a finalidade de apoiar a participação brasileira em levantamentos astronômicos.




LIneA aumenta poderio computacional

A grande quantidade de dados produzida pelos levantamentos digitais do céu, como SDSS, DES e LSST, requer uma infraestrutura computacional capaz de armazenar e processar toda essa informação. Há alguns anos o LIneA investe em equipamentos para permitir o trabalho de seus pesquisadores, seja realizando simulações da nossa galáxiamedindo parâmetros astrofísicos, como a distância de galáxias, ou entendendo a expansão acelerada do universo, para citar alguns exemplos.

Como parte da expansão do Centro de Acesso e Processamento de dados Astronômicos (CAPDA) operado pelo LIneA, um novo cluster acaba de ser instalado, aumentando significativamente a capacidade de processamento do centro que agora totaliza 25 Tflops. O cluster é da série Apollo 2000 da HPE e tem as seguintes características: são 16 nós, onde cada um possui 56 cores com HyperThread (HT) habilitado, memória RAM de 125 GB e dois discos de 1 TB cada. A capacidade total de processamento dos 16 nós é de 15.769 Tflops com 448 cores.

A Figura 1 mostra o equipamento já instalado nas instalações do LNCC, parceiro do LIneA. O painel da esquerda mostra a frente do equipamento e o painel da direita mostra o cabeamento. A instalação foi feita com técnicos da Hewlett-Packard Enterprise (HPE) e da SLACAM, que presta serviços ao LIneA.

Figura 1 – O painel da esquerda mostra a parte da frente dos quatro blades, e o painel da direita mostra a parte traseira do cluster. Crédito das imagens: Slacam.

Este cluster complementa os sistemas ICE-X e Altix da SGI. Ele foi adquirido com recursos do INCT do e-Universo com o objetivo de dar aos pesquisadores que participam das cinco colaborações internacionais apoiadas pelo LIneA a infraestrutura necessária de processamento. Esta aquisição faz parte do projeto do LIneA e do INCT de se capacitar para se tornar um Centro de Acesso a Dados do LSST.

O LIneA é um laboratório apoiado pelo Observatório Nacional (ON), Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), e pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), criado com a finalidade de dar suporte à participação brasileira em levantamentos astronômicos. O INCT do e-Universo também apoia brasileiros participantes de grandes levantamentos astronômicos, incluindo o LSST.




15 de abril de 2019

Todas as estrelas da Via Láctea

Com base em observações do Dark Energy Survey (DES), pesquisadores do LIneA atualizam modelo que descreve os principais constituintes da Via Láctea.

No século XVIII, o astrônomo William Herschel pensou que, se as estrelas do céu vistas no campo do telescópio fossem contadas, se poderia ter uma visão do Universo onde estávamos inseridos. O método é similar a alguém que queira ter ideia de como é a sua cidade, mas não pode sair de casa e então passa a contar as casas que consegue ver através de cada janela de sua casa. Mesmo com alguns erros sistemáticos mas de forma semelhante, Herschel conseguiu nos mostrar uma visão da Via-Láctea, a galáxia onde o Sol é uma de suas estrelas.

Atualmente, dispomos de telescópios muito melhores do que os da época de Herschel, além de computadores capazes de fazer bilhões de cálculos por segundo, modelos de evolução estelar e também sabemos de alguma maneira como as estrelas se formaram e evoluíram em cada componente da Via Láctea.

A nossa galáxia é formada por uma parte central (bojo), um disco e um halo (ver Figura 1). Cada um destes componentes tem a sua população estelar característica: a formação estelar ocorre no disco, onde as estrelas mais ricas em elementos além do Hélio na tabela periódica estão presentes. As estrelas que se formaram no disco há muito tempo possuem órbitas que as colocam mais distantes do plano, formando então o que se convencionou chamar de disco espesso. Além destes dois componentes, há estrelas que estão em um halo aproximadamente esférico em torno da Galáxia, se estendendo desde bem próximo do centro até os limites da Via-Láctea.

As estrelas no disco espesso tem uma distribuição exponencial na direção radial (para fora da Galáxia) e na direção perpendicular ao plano. Isso quer dizer que a densidade de estrelas cai pela metade a partir de uma distância característica, e foi justamente esta distância que foi determinada na comparação das estrelas do Dark Energy Survey com os modelos de estrelas do pesquisador Leo Girardi.

Já a distribuição das estrelas no halo da nossa galáxia, por sua vez, segue um outro regime até uma determinada distância, quando então a densidade muda abruptamente.

Modelando a quantidade de estrelas do halo e do disco espesso, o pesquisador Adriano Pieres, pós-doutorando no LIneA, pôde determinar, não apenas as características destes componentes da Galáxia, mas também estimar que a massa de estrelas da Via-Láctea é de 70 bilhões de massas solares. “A formação das galáxias sempre foi um dos maiores enigmas da Astronomia. A partir da determinação de como a nossa galáxia é, temos mais elementos para entendê-la, modelá-la e comparar com a realidade. A partir desta comparação, novos elementos vão surgindo, indicando pistas nesta investigação cósmica”, explica Pieres, autor principal de artigo submetido no Montly Notices of the Royal Astronomical Society, no Reino Unido.

Além do ajuste dos modelos, catálogos artificiais foram simulados para se efetuar a comparação com a quantidade de estrelas do DES, não apenas quanto ao brilho das estrelas, mas também quanto às suas velocidades e conteúdo químico, compondo um modelo muito rico de informações (ver Figura 2).

O projeto contou ainda com o apoio de vários outros pesquisadores e dos profissionais de TI do LIneA. O LIneA é um laboratório apoiado pelo Observatório Nacional (ON), Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), e pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), criado com a finalidade de dar suporte à participação brasileira em levantamentos astronômicos. O INCT do e-Universo também apoia brasileiros participantes de grandes levantamentos astronômicos, incluindo o Dark Energy Survey.

Figura 1 – Desenho esquemático da Via Láctea com seus componentes: halo, bojo (bulge) e disco (disc). A posição aproximada do Sol (Sun) no disco também está indicada. Crédito da imagem: European Space Agency.

Figura 2 – A área amostrada no céu pelo levantamento DES é vista em preto no hemisfério Galáctico Sul. A cor preta denota uma subtração perfeita em termos de densidade entre as estrelas do DES e o melhor modelo apresentado neste artigo. As manchas avermelhadas são galáxias anãs, aglomerados globulares, streams ou outras subestruturas destacadas frente às estrelas da Galáxia. Os círculos brancos são áreas excluídas da análise por estarem em torno de estrelas muito brilhantes e que não puderam ser amostradas pelo telescópio. Créditos da imagem: A. Pieres.



08 de abril de 2019

INCT do e-Universo e LIneA realizam planejamento estratégico

Nos dias 17 e 18 de janeiro, o LIneA e o INCT do e-Universo realizaram um evento no auditório do Observatório Nacional, para planejar as atividades para o período 2019-2022. Os membros do LIneA trabalharam nas diferentes áreas de atuação (ver Figura 1) e tiveram a oportunidade de debater suas necessidades e ideias para o futuro. Isto foi feito distribuindo os 35 participantes (Figura 2) em sete grupos, cada um representando uma das áreas de atividade. Para cada grupo um coordenador foi selecionado, e os membros foram escolhidos de forma a ter pessoas com diferentes perfis.

Figura 1 – Áreas de atuação do LIneA consideradas no planejamento estratégico. Créditos da imagem: Andréa Nunes.
Figura 2 – Foto do grupo que participou da reunião de planejamento estratégico. Créditos da imagem: Fernanda Massena.

No primeiro dia foi solicitado aos grupos que identificassem possíveis problemas, propusessem soluções, e sugerissem novas atividades e formas de trabalho para atingir os objetivos das respectivas áreas. Isto foi feito respondendo à perguntas pré-estabelecidas pela equipe de gestão e usando adesivos e cartolinas para agilizar a compilação dessas ideias (veja um exemplo na Figura 3). Após esta fase cada grupo apresentou sua compilação e propostas para todos os presentes, Isto foi seguido por um período de debate quando sugestões e novas propostas foram apresentadas.

Figura 3 – Compilação de propostas para cada área de atuação preparada pelos diferentes grupos de trabalho. Créditos da imagem: Fernanda Massena.

No segundo dia o objetivo foi o de transformar essas ideias em projetos concretos criando “fichas de projetos” descrevendo os objetivos, escopo, benefícios, prazos, prioridades, recursos e tecnologias envolvidas. Nesta etapa a prioridade foi atribuída de forma absoluta seguindo a convenção dada na Figura 4.

Figura 4 – Convenção utilizada para atribuir prioridade absoluta aos projetos. Créditos da imagem: Andréa Nunes.

Estas informações foram usadas para rever e validar os 50 projetos identificados e descritos em uma fase preparatória. Durante o evento foi levantada a necessidade de novos projetos, que ao final totalizaram mais de 80 fichas. Os projetos identificados cobrem um grande espectro de atividades como: P&D nas áreas de hardware e software; o desenvolvimento do portal científico para o eficiente processamento do grande volume de dados; o desenvolvimento de ferramentas e interfaces administrativas para aprimorar a gestão de projetos; treinamento de pessoal científico e técnico na ciência de dados e de professores de ensino médio visando atrair jovens para a área; melhorias na gestão das colaborações científicas incentivando trabalhos em conjunto; e programas de divulgação incluindo exposições e a criação de novas redes sociais para o LIneA para atrair alunos e engajar o grande público interessado no entendimento da origem do nosso Universo. A Figura 5 apresenta a distribuição dos 80 projetos desenvolvidos, pelas áreas de atuação definidas na Figura 1.

Figura 5 – Porcentagem de projetos por atividade do LIneA. Créditos da imagem: Cida Silveira.

Os 11 projetos identificados nas áreas de divulgação, colaboração científica e formação de pessoal são em geral projetos que não envolvem o time técnico e, portanto, não impactam na estimativa de recursos a ser considerada abaixo. Desta forma os 69 projetos restantes ficaram distribuídos como mostra a Figura 6.

Figura 6 – Distribuição de projetos pelas diferentes áreas de atuação que envolvem o time técnico. Créditos da imagem: Cida Silveira.

A distribuição das prioridades dos projetos nas áreas consideradas é apresentada nas Figuras 7 e 8. Como pode ser visto na Figura 7 a grande maioria dos projetos tem alta prioridade. Isto se deve a fase de transição em que se encontra o LIneA. Em primeiro lugar, um dos projetos de colaboração científica, o Dark Energy Survey (DES), finalizou recentemente suas observações e entra na reta final, o que demanda que os projetos envolvendo a análise científica com o uso do portal científico e de jupyter notebooks tenham total prioridade. Em segundo lugar, o laboratório se prepara para o grande desafio da demanda do projeto Large Synoptic Survey Telescope (LSST) o que exige decisões sobre o caminho a tomar no desenvolvimento da nova versão do portal científico e de definições sobre o equipamento a ser adquirido para dar sustentação a análise do grande volume de dados envolvidos. É importante lembrar que o calendário do LSST prevê observações em 2020 com a câmera de teste contendo 81 CCDs, e o período de comissionamento da câmera completa com os 189 CCDs (correspondendo a 3.2 gigapixels) a partir de 2021. Estar preparado para estas fases é fundamental para permitir que os pesquisadores brasileiros possam participar cientificamente já no início do levantamento, a exemplo das comunidades americanas, chilenas, francesas e reino unido entre outras.

Finalmente, tendo em vista a complexidade administrativa do INCT do e-Universo e do LIneA, e os recursos humanos disponíveis, várias ferramentas de apoio estão previstas para agilizar a preparação de relatórios e aprimorar a qualidade da gestão.

Figura 7 – Porcentagem de projetos com as diferentes prioridades absolutas atribuídas pelos grupos. Créditos da imagem: Cida Silveira.

A Figura 8 mostra a distribuição do número de projetos de cada área de atuação por prioridade. Fica claro as duas fases mencionadas acima que caracterizam a fase de transição entre projetos em estágio avançado como o DES e aqueles que ainda estão em fase de preparação como o Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) e o LSST.

Figura 8 – Número de projetos com uma dada prioridade para cada área de atuação. Créditos da imagem: Cida Silveira.

Considerando apenas os prazos de projeto, sem avaliar a disponibilidade de recursos humanos nem a dependência entre projetos, foi construído um cronograma mostrado na Figura 9 que corresponde a um esforço de 8.055 dias (64.440 horas) para realização de todos os projetos.

Figura 9 – Cronograma de projetos agrupados pelas áreas de atuação do LIneA considerando 13 FTEs. Créditos da imagem: Andréa Nunes.

Transformando esse esforço em unidades de FTE-ano (Full Time Equivalent) e considerando que em um ano se trabalha em média 1711 horas, o esforço requer 37,66 FTEs-ano. Em outras palavras, são necessárias da ordem de 38 pessoas trabalhando em tempo integral para a realização dos projetos em um ano. Portanto, considerando que o time de TI do LIneA atualmente consiste de 13 FTEs, dos quais pelo menos 3 FTEs são dedicadas a operação e serviço ao usuário, o mínimo de tempo necessário para realizar este trabalho seria de aproximadamente quatro anos. A distribuição de FTEs por área de atuação é mostrada na Figura 10, mostrando que o grande esforço necessário se concentra no desenvolvimento de software.

Figura 10 – Quantidade de FTEs por área de atuação. Créditos da imagem: Cida Silveira.

A estimativa acima é aproximada, pois não leva em consideração inúmeros fatores que impactam a construção de um cronograma realista, entre eles: i) a de que um projeto se caracteriza por diferentes fases e envolve profissionais com diferentes perfis em proporções que variam no tempo; ii) o cronograma apresentado não leva em consideração a disponibilidade de tecnologistas com o perfil adequado que têem que ser compartilhados por diferentes projetos; iii) a dependência do time de TI em relação aos pesquisadores para um bom entendimento do que deve ser feito no desenho de uma interface ou para a paralelização de um código científico e sua integração ao portal; iv) o tempo gasto na manutenção após a disponibilização de um novo produto que é seguida de uma fase de validação, correção de erros e implementação de melhorias sugeridas pelos usuários.

A construção do cronograma final é complexa e é ainda um trabalho em progresso tendo em vista os inúmeros vínculos a serem levados em conta como: i) a prioridade relativa dos projetos; ii) as prioridades das colaborações científicas; iii) os compromissos assumidos para as contribuições na forma de trabalho; e finalmente; iv) as incertezas inerentes ao desenvolvimento de novos produtos.

As informações ainda estão sendo analisadas mas já é possível fazer alguns importantes diagnósticos. Por exemplo, fica claro que para atender a grande demanda do projeto LSST novas contratações são necessárias como: i) tecnologistas de perfis bem definidos (e.g., full-stack developers, programador científico); ii) pesquisadores interessados em fazer a interface entre ciência e computação trabalhando com o time de forma dedicada; e iii) de serviços de consultoria pontuais para assessorar na tomada de decisões como por exemplo sobre as tecnologias a serem usadas e na compra de equipamentos adequados que extrapolam o conhecimento do time e/ou precisam de opiniões de especialistas em HPC.

O resultado dessa experiência de planejamento foi bastante positivo servindo para: i) integrar ainda mais as equipes científicas e técnicas; ii) desenvolver um plano de trabalho; e iii) definir prioridades com a participação de todos os envolvidos. Ficou também claro que este deve ser um esforço que precisa ser revisitado periodicamente. Neste sentido uma nova reunião está programada para o segundo semestre do ano, para acompanhar o progresso e reavaliar o plano, adaptando-o caso necessário.

LIneA é um laboratório apoiado pelo Observatório Nacional (ON), Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), e pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), criado com a finalidade de dar suporte à participação brasileira em levantamentos astronômicos. O INCT do e-Universo também apoia brasileiros participantes de grandes levantamentos astronômicos, incluindo o LSST.




05 de abril de 2019

Novos dados de levantamento astronômico incluem ferramentas para análise científica online

Sloan Digital Sky Survey (SDSS) é um dos projetos astronômicos mais importantes da atualidade. Ele produziu a maior imagem colorida digital do céu, cobrindo aproximadamente 30% deste com cerca de um trilhão de pixels – seriam necessárias 500 mil TVs HD para mostrar essa imagem em sua resolução nativa (ver Figura 1 para alguns exemplos de imagens do SDSS).

Figura 1 – Imagem do SDSS em várias escalas. O painel no topo à esquerda mostra uma parte do céu centrada na galáxia Messier 33 (M33), vizinha à Via-Láctea. No meio e à direita temos ampliações sucessivas de M33, sendo a última imagem centrada numa região de formação de estrelas dentro de M33, demonstrando a resolução da imagem. Embaixo temos um mapa do céu inteiro como visto pelo SDSS, onde ficam aparente as grandes estruturas do universo, como paredes de galáxias. Créditos da imagem: Michael Blanton e SDSS.

O levantamento foi usado para identificar estrelas, galáxias e quasares, e dentre esses, alguns foram escolhidos para ter seu espectro medido com um espectrógrafo multi-fibra, onde cada fibra é posicionada sobre o objeto astronômico, conduzindo a luz até um instrumento que a dispersa em comprimento de onda – assim como as gotas da chuva dispersam a luz do Sol formando um arco-íris. Com o espectro podemos analisar a composição química das fontes astronômicas e medir sua velocidade de afastamento. No caso de galáxias, essa medida de velocidade permite estimar suas distâncias.

Outra característica de sucesso desse levantamento é a disponibilidade de seus dados para o público. A medida em que vai acumulando dados ao longo dos anos, o SDSS organiza lançamentos de dados (em inglês, Data Release, ou DR) incrementais para a comunidade, aumentando assim seu impacto científico. Essa é a quarta edição do SDSS, que envolve levantamentos galácticos (APOGEE-2) e extragalácticos (MaNGA e eBOSS), e seu 15º lançamento de dados (DR15).

O LIneA disponibiliza um sítio espelho com os dados do SDSS desde o DR8. Além de servir como uma fonte de dados local para a comunidade astronômica brasileira, também serve como forma de pagamento da participação brasileira no SDSS. A vantagem de se ter um espelho no Brasil, além da proximidade dos dados, é dar maior flexibilidade aos pesquisadores, que podem requerer quotas maiores de acesso do que no sítio original, caso sua ciência necessite.

O DR15 é a terceira disponibilização de dados do Sloan Digital Sky Survey IV. Nele podemos encontrar novos cubos de dados do MaNGA com imagem de banda larga de galáxias próximas, além de seus produtos como mapas de velocidade e linhas de emissão de fluxo. Disponibiliza-se também uma nova ferramenta para visualizar e analisar os espectros, assim como os mapas de campo integrado, chamada de Marvin. No DR15 podemos acessar pela primeira vez os dados do MaNGA Stellar Library (MaStar) spectra.

Data Release contêm dados do SDSS em espectroscopia no óptico e infravermelho, além de ter imagem obtidas com filtros de banda larga. As observações do SDSS-IV são conduzidas no telescópio de 2.5-metros no Apache Point Observatory (APO) no infravermelho e óptico, como também no telescópio du Pont, em Las Campanas Observatory (LCO) para observações no infravermelho.

O SDSS-IV começou suas observações em Julho de 2014 e consiste em três programas, resumidos abaixo:

  • The extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS). Ele possui um levantamento de galáxias e quasares para estruturas de grandes escalas no desvio de vermelho entre 0,6 e 3,5. Ele também possui dois subprogramas: Spectroscopy Identification of Erosita Sources (SPIDERS) e o Time Domain Spectroscopy Survey (TDSS). O primeiro investiga a natureza de fontes emissoras de raio-x, enquanto o segundo explora variações nos espectros de fontes (Figura 2).
Figura 2 – A figura mostra a cobertura do eBOSS abrangida também no DR15. Créditos da imagem: SDSS.
  • Mapping Nearby Galaxies at APO (MaNGA) usa a espectroscopia em campo integrado (do inglês Integral Field Spectroscopy, Figura 3) para estudar uma amostra representativa de aproximadamente 10.000 galáxias próximas (Figura 4). O DR15 possui novas reduções e dados do MaNGA, além de uma nova ferramenta de acesso chamada Marvin. Além disso, existem dados de um novo programa destinado a melhorar a biblioteca de espectros estelares disponível para o MaNGA (MaStarMaNGA Stellar Library).
Figura 3 – A esquerda, uma galáxia espiral vista pelo MaNGA – o hexágono mostra a cobertura espacial do instrumento. A direita, visualização das fibras do instrumento superpostas à mesma galáxia espiral. Créditos da imagem: SDSS.
Figura 4 – Os pontos roxos mostra distribuição do céu do MaNGA DR15, enquanto os pontos cinzas mostra campos potenciais. Créditos da imagem: SDSS.
  • APOGEE-2 (a segunda fase do APO Galactic Evolution Experiment , ou APOGEE) é um levantamento em grande escala da química estelar e da cinemática da Via Láctea. A espectroscopia no infravermelho de alta resolução (Figura 5) permite ao APOGEE-2 atravessar a extinção de poeira interestelar e prover um grande e uniforme banco de dados de medições estelares de alta precisão em toda a galáxia, indo do bojo até o halo (Figura 6).
Figura 5 – Espectros do APOGEE para estrelas com diferentes temperaturas, mais quentes em cima. Créditos da imagem: SDSS
Figura 6 – Números de estrelas do levantamento APOGEE. Créditos da imagem: SDSS.

Os dados podem ser acessados no site original ou no Brasil em LIneA, onde sua disponibilização envolveu as seguintes atividades técnicas:

  • Atualização do Sistema Operacional (Windows Server 2012 R2 no front-end e servidor de banco de dados);
  • Atualização do Sistema Gerenciador de Banco de Dados para a versão SQL Server 2012. Demora na obtenção desta licença ocasionou em um atraso na liberação do nosso sítio espelho;
  • Instalação e configuração da nova versão de front-end;
  • Ingestão dos dados do DR15, totalizando 13 Terabytes no servidor do banco de dados;
  • Ativação do serviço de Image Cutout, com imagens instaladas também no servidor de banco de dados;
  • Acoplamento do servidor de front-end à uma rede de 10 Gbits para acesso mais rápidos aos dados.

Em caso de dúvidas ou problemas, entre em contato com helpdesk@linea.gov.br.

LIneA é um laboratório apoiado pelo Observatório Nacional (ON), Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), e pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), criado com a finalidade de dar suporte à participação brasileira em levantamentos astronômicos. O INCT do e-Universo também apoia brasileiros participantes de grandes levantamentos astronômicos, incluindo o Sloan Digital Sky Survey (SDSS-IV), o Dark Energy Survey (DES), o Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), e o Large Synoptic Survey Telescope LSST.




04 de abril de 2019

Colaboração científica entre afiliado do INCT do e-Universo e pesquisadora da Universidade de Queensland

A Universidade Estadual Paulista (UNESP) realizou um edital de Cooperação Acadêmica com a Universidade de Queensland (UQ) em Brisbane, na Austrália. O projeto do professor Rogerio Rosenfeld, membro do LIneA e vice coordenador do INCT do e-Universo, em colaboração com a professora Tamara Davis, da UQ, ambos participantes do Dark Energy Survey (DES), foi selecionado e a visita ocorreu entre 14 e 28 de fevereiro.

Entre as atividades desenvolvidas na visita, Rosenfeld apresentou um seminário intitulado Baryon acoustic oscillation in DES and future ideas, além de ter trabalhado no efeito da massa de neutrinos no chamado espectro de potência das perturbações de matéria. Os neutrinos são partículas elementares com massas muito pequenas, quando comparadas a outras partículas elementares. De fato, até há pouco tempo acreditava-se que os neutrinos eram partículas sem massa. O efeito de neutrinos nas perturbações cosmológicas é o de inibir a formação de estruturas devido ao fato de serem muito rápidos e dissiparem as perturbações em pequenas escalas.

Existem pelo menos 3 neutrinos conhecidos na natureza, mas suas massas absolutas não são conhecidas. Um fenômeno detectado nas últimas décadas, chamado de “oscilação de neutrinos”, determinou apenas os valores das diferenças entre suas massas. Por outro lado, a cosmologia é sensível à soma das massas e, em grau muito menor, aos valores individuais das massas. Existem 2 maneiras de ordenar as massas de neutrinos, que são denominadas “hierarquia normal” e “hierarquia inversa”.

Na Figura 1 mostramos o efeito de massa de neutrinos (com hierarquia normal) no espectro de potência, onde diferenças da ordem de 10%-40% podem ser facilmente geradas. O propósito de nossa investigação foi o de verificar se a cosmologia poderia diferenciar entre essas duas possibilidades. Usando o código público denominado Core Cosmological Library (CCL), desenvolvido pelo time do LSST, mostramos que o espectro de potência não é sensível a essas duas possibilidades de ordenamento da massa de neutrinos. Rosenfeld também participa do levantamento LSST.

LIneA é um laboratório apoiado pelo Observatório Nacional (ON), Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), e pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), criado com a finalidade de dar suporte à participação brasileira em levantamentos astronômicos. O INCT do e-Universo também apoia brasileiros participantes de grandes levantamentos astronômicos, incluindo o DES e o LSST.

Figura 1 – O espectro de potência linear da matéria para dois valores diferentes da soma da massa dos neutrinos: massa total nula e um valor de 1.1 eV com neutrinos obedecendo a chamada hierarquia normal. A figura foi produzida usando o código CCL. Crédito da imagem: R. Rosenfeld.

 




27 de março de 2019

17ª edição do Programa de Verão do LNCC

O Laboratório Nacional de Computação Científica ( LNCC) realizou, do dia 4 de fevereiro a 1º de março, a 17ª edição do seu Programa de Verão. Participaram da cerimônia de abertura do evento, no dia 4 de fevereiro, o diretor do LNCC, Augusto Gadelha, a coordenadora do Programa de Verão, Sandra Malta, e o representante discente, Éden Pereira da Silva. Na ocasião, deram as boas-vindas aos participantes, falaram sobre a importância do programa para a divulgação das atividades científicas do LNCC e agradeceram aos envolvidos na organização do evento.

Figura 1: Banner de divulgação do Programa de Verão.

A doutoranda Julia Gschwend, do Observatório Nacional (ON), participou da escola de verão realizando cursos de análise de dados e algoritmos e modelos de programação. No dia 22 de fevereiro ocorreu o VI Workshop em Ciência de Dados, no qual Julia deu uma palestra apresentando de forma geral o LIneA e os produtos oferecidos, como as ferramentas de acesso a dados, de visualização e de análise, além de descrever o funcionamento do portal científico para análises do levantamento Dark Energy Survey (DES). Julia mostrou os desafios que serão enfrentados com o início do levantamento Large Synoptic Survey Telescope (LSST), desafios estes principalmente em 3 áreas: armazenamento de dados, processamento de alto desempenho e redes para transmissão e distribuição de dados. Ao final do levantamento, estima-se que o LSST terá armazenado dados sobre cerca de 37 bilhões de objetos astronômicos, o que ocupará um volume de aproximadamente 15 petabytes em banco de dados e 0.4 exabytes de armazenamento em disco, combinando imagens e catálogos.

Figura 2: Segundo dia do Programa de Verão. Créditos da imagem: Ellen Bessa.

O público do workshop foi em sua maioria formado por estudantes de ciência da computação, mas também incluiu engenheiros, físicos, matemáticos e astrônomos. Além destes, grupos da iniciativa privada participaram do workshop, com o interesse de aprender sobre ciência de dados e big data. O Programa de Verão teve o apoio financeiro da Capes e do CNPq e o patrocínio da NVIDIA. Nessa edição foram aproximadamente 334 inscritos.




06 de fevereiro de 2019

Nos limites do Sistema Solar: a passagem da sonda New Horizons pelo asteroide “Última Thule”

Lançada em janeiro de 2006, a sonda New Horizons passou por Júpiter no ano seguinte, onde ganhou impulso gravitacional para chegar em Plutão, somente em julho de 2015. O objetivo da sonda foi estudar in situ, pela primeira vez na história, Plutão e seu sistema de luas. A missão foi um sucesso e mostrou coisas incríveis na superfície do planeta-anão, tais como montanhas de gelo com cerca de 4 km de altitude (o Everest tem pouco mais de 8 km) e uma área enorme de superfície plana com alta atividade de sublimação e condensação de nitrogênio (chamada de Sputinik platum). A New Horizons foi também capaz de medir a atmosfera de Plutão, além de observar canyons na sua maior lua, Caronte, com até de 9 km de profundidade e mais de 700 km de extensão (o Grand Canyon, nos Estados Unidos, possui apenas cerda de 1,8 km de profundidade e pouco menos de 450 km de extensão).

Após sua passagem por Plutão, a sonda se encaminhou para um outro asteroide, chamado 2014 MU69 e apelidado de “Última Thule” (nome de origem grega e latina que significa “além do universo conhecido”). Depois de mais de 4 anos de viagem (afinal, o objeto está a mais de 6,5 bilhões de quilômetros da Terra), no dia 1 de janeiro de 2019, pouco depois da virada do ano, a sonda passou por um pequeno asteroide (Figura 1) que já vinha intrigando os astrônomos desde sua descoberta em 2014 pelo telescópio espacial Hubble.

Figura 1: Ultima Thule visto pela New Horizons no dia 30 de dezembro de 2018 – 37 horas antes da máxima aproximação – a uma distância de aproximadamente 1,9 milhões de km. Cada pixel da imagem da esquerda representa cerca de 9,4 km. A imagem da direita é a mesma da esquerda com a aplicação de uma técnica de sobre-amostragem de pixel (divide-se cada pixel da imagem da esquerda em uma nova grade, por exemplo de 100×100 pixeis e faz-se um ajuste de um modelo para se obter uma melhor definição). Créditos da imagem: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Figura 2: Imagens sobrepostas da descoberta do Ultima Thule (destacado nos círculos) pelo telescópio espacial Hubble. Os dois objetos mais brilhantes ao fundo são 2 estrelas do campo que estão “corridas” (isto é, não são pontuais) porque o telescópio Hubble fez o acompanhamento do objeto, que está se movendo em relação às estrelas. Créditos da imagem: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Última Thule pertence ao cinturão de Kuiper, formado por asteroides além da órbita de Netuno. Ele é parte de uma classe do cinturão de Kuiper chamada “Clássico Frio”, de objetos com órbita quase circular e com baixa inclinação, indicando que sofreram pouca perturbação desde sua formação (que se acredita ter sido na mesma época da formação do Sistema Solar). Após sua descoberta, observações utilizando a técnica de ocultações estelares (quando usa-se a ocultação de uma estrela pelo asteroide para descrever suas características), indicavam que o asteroide poderia ser não apenas um, mas dois objetos “ligados” orbitando em torno de um ponto de gravidade em comum (chamado binário de contato).

O pesquisador Gustavo Benedetti Rossi, do Observatório Nacional/ LIneA, foi convidado por Marc Buie para participar do evento da NASA, devido ao trabalho desenvolvido por Gustavo no mestrado, de astrometria de Plutão, que ajudou no desenvolvimento de novas efemérides do planeta anão. Efemérides são conjuntos de dados que informam a posição e outras informações sobre um objeto em função do tempo. Esse trabalho, inclusive, levou a uma correção na “órbita” da New Horizons. O evento foi realizado na Universidade Johns Hopkins, nos EUA, e o pesquisador do ON acompanhou toda a expectativa da equipe (Figura 3). O evento contou com várias entrevistas e podcasts com a equipe científica, além da presença do astrofísico e guitarrista da banda Queen, Brian May, que também é simpatizante e apoiador da sonda. Além de participar, ele lançou um novo single (ouça aqui) em homenagem à sonda pouco antes das duas contagens regressivas para a virada do ano e para a passagem da sonda.

Figura 3: O pesquisador Gustavo Benedetti Rossi no evento da NASA realizado na Universidade Johns Hopkins nos EUA. Créditos da imagem: Gustavo B. Rossi

Após a passagem da sonda, o asteroide Ultima Thule tornou-se o objeto mais distante e mais primitivo já explorado por uma sonda. As imagens obtidas – que só chegaram à Terra pela manhã, quase 7 horas depois da passagem da New Horizons – revelaram suas características físicas: o Ultima Thule é realmente um binário de contato de tamanho total aproximado de 30km, com uma superfície com crateras de impacto de corpos menores e com os dois lóbulos quase idênticos de cor bastante avermelhada. Além disso, a sonda também procurou por satélites, presença de atmosfera, anel ou outros materiais (detritos restos de alguma colisão, por exemplo), mas não encontrou nada até agora. Entretanto, isso pode mudar, já que os dados completos da aproximação sonda demorarão mais de 15 meses para chegar até nós).

Astrônomos aguardam ansiosos para receber todos estes dados, que podem dar dicas importantes sobre a matéria inicial da formação do Sistema Solar, revelando quais eram as condições físicas nesta região quando ele se formou. As informações da sonda são peças fundamentais e complementam ainda mais as pesquisas realizadas pelo grupo de Sistema Solar do LIneA que, entre outros, fazem a caracterização destes objetos distantes com observações da Terra e também procuram contar como nosso sistema planetário se formou e evoluiu.

Figura 4: O astrofísico, guitarrista da banda Queen e simpatizante da New Horizons, Brian May, que esteve presente no evento e lançou uma música em homenagem à sonda. Créditos da imagem: Gustavo B. Rossi Figura 5: O Ultima Thule, em escala de cinza, visto pela câmera MVIC (Multicolor Visible Imaging Camera) da New Horizons quando a sonda estava aproximadamente a 6700 km de distância do objeto. Cada pixel tem uma resolução de 135 metros. Créditos da imagem: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

LIneA é um laboratório apoiado pelo Observatório Nacional (ON), Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), e pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), criado com a finalidade de dar suporte à participação brasileira em levantamentos astronômicos. O INCT do e-Universo também apoia brasileiros participantes de grandes levantamentos astronômicos, incluindo o LSST.