Asztrofizika az Interneten: a Világtávcső
Szalay Sándor Johns Hopkins University, Baltimore
Az ég első térképei Kinai, 940 A.D.
Tycho Brahe 1600 A.D. Uranometria, Johannes Beyer, Tycho Brahe csillagtérképéből
Tycho Brahe 1600 A.D. Uranometria, Johannes Beyer, Tycho Brahe csillagtérképéből
USNO
Palomar és UK Schmidt lemezek alapján 1980-90
COBE, 1990 A mikrohullámú háttér fluktuációinak felfedezése
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
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 A projekt végére 17 év, $100M USD 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
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?
A táguló Univerzum Az Univerzum tágul: a galaxisok távolodnak, mérhető a spektrumvonalak vöröseltolódásából
v = Ho r Hubble törvény
Az Univerzum sorsát a tágulási és a gravitációs energia aránya dönti el
Ω = sűrűség/kritikus ha Ω <1, örökké tágul
Az Univerzum elemei Az Univerzum tömegének legnagyobb része sötét anyag, valószinűleg hideg.
Ωd > Ω* > Ωγ Az Univerzum gravitációs energiájának legnagyobb része un. sötét energia, vagy kozmológiai konstans.
ΩΛ > Ωd A galaxisok térbeli eloszlása jól meghatározott szerkezetet mutat, amely a korai Univerzumból származik.
P(k): fluktuáció spectrum
Az Univerzum elemei Az Univerzum tömegének legnagyobb része sötét anyag, valószinűleg hideg.
Ωd > Ω* > Ωγ Az Univerzum gravitációs energiájának legnagyobb része un. sötét energia, vagy kozmológiai konstans.
ΩΛ > Ωd A galaxisok térbeli eloszlása jól meghatározott szerkezetet mutat, amely a korai Univerzumból származik.
P(k): fluktuáció spectrum
Az Univerzum paraméterei H0 Ω0 t0 κ0 Ωm ΩΛ ΩB / Ω0 Ων
Hubble konstans a sűrűségi paraméter az univerzum életkora az univerzum görbülete az anyag sűrűsége a kozmológiai konstans a barion-tartalom a neutrinók sűrűsége
55-75 km/s/Mpc 0.25-1 13-15 Gév 0.9-1.1 0.2 - 0.3 0 - 0.7 0.1-0.2 ?
Még mindig sok a bizonytalanság, habár sokkal kisebb mint egy évvel ezelőtt... Cél:
néhány százalékos pontosság 2 éven belül
Preciziós kozmológia!
A Kozmikus Genóm projekt Az SDSS lesz az Univerzum minden eddiginél részletesebb térképe
Gregory and Thompson 1978
A Kozmikus Genóm projekt Az SDSS lesz az Univerzum minden eddiginél részletesebb térképe
deLapparent, Geller and Huchra 1986
A Kozmikus Genóm projekt Az SDSS lesz az Univerzum minden eddiginél részletesebb térképe
daCosta etal 1995
A Kozmikus Genóm projekt SDSS Collaboration 2002
Az SDSS lesz az Univerzum minden eddiginél részletesebb térképe
A Kozmikus Genóm projekt SDSS Collaboration 2002
Az SDSS lesz az Univerzum minden eddiginél részletesebb térképe
A galaxisok eloszlása Egészen nagy skálákon is megmérjük a galaxisok eloszlását
A galaxisok eloszlása Egészen nagy skálákon is megmérjük a galaxisok eloszlását
A fluktuácók amplitudójának hibája
1970 1990 1995 1998 1999 2001
x100 x2 ±0.4 ±0.2 ±0.1 ±0.05
Releváns hossz-skála Távolságokat Megaparszekben mérünk: 1 Mpc 5 Mpc 3000 Mpc
= 3 x 1024 cm = a galaxisok közti távoság = 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.
Az Univerzum topológiája Milyen a galaxisok eloszlása? Falakon vannak-e főleg a galaxisok, vagy inkább majdem véletlenszerűen helyezkednek el?
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
Apache Point Obszervatórium Apache Point, Új Mexikó, a White Sands National Monument közelében
Az SDSS távcső
Megfigyelési stratégia A képek 2.5 fok széles sávok Elkerüljük a Tejútrendszer sikját A déli féltekén többszörös (30) expozició
Az SDSS körvonalai
Az SDSS körvonalai
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
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 3900-9200 Å. egyszerre 640 spektrum 1.5 Å felbontás
Az adatfeldolgozás teljesen automatikus
A műszerek
A kamera
A kamera
A kamera
A “csíkos” ég
Kalibrációk A légkör áteresztőképessége állandóan változik: kalibráció szükséges
Robot-távcső:
automatikusan követi a fő távcsövet
Az első képek 1998 május 9
NGC 2068
UGC 3214
NGC 6070
A spektrogáfok
Az üvegszálak •A galaxisok fényét vezetik a spektrográfba •Összesen 640 üvegszál
Az első spektrumok
Elliptikus galaxis (E)
Elliptikus galaxis (E)
Spirál galaxis (Sc)
Spirál Galaxis (Sc)
Irreguláris galaxis (Irr)
Irreguláris galaxis (Irr)
Kvazár
Kvazár
Automatikus adatfeldolgozás
A legtávolabbi kvazárok A hét legtávolabbi kvazárt az SDSS találta!
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
Hanghullámok az Univerzumban • Rekombináció fizikája – Zeldovich,Sunyaev, Peebles, Yu
• Andrei Sakharov – Korai állóhullámok
• Az Univerzum egy rezonáns üreg • Méret: hang-horizont
COBE DMR térkép
WMAP 1 éves (2003)
WMAP 3 éves
WMAP 5 éves ILC
WMAP 5 éves spektrum
SDSS+2dF SDSS DR6+2dF
SDSS DR5 (Percival et al 2006)
Percival, Cole, Eisentein, Nichol, Peacock, Pope, Szalay (2007)
Az Univerzum paraméterei
Az Univerzum paraméterei
Az Univerzum paraméterei H0 Ω0 t0 κ0 Ωm ΩΛ ΩB / Ω0 Ων
Hubble konstans a sűrűségi paraméter az univerzum életkora az univerzum görbülete az anyag sűrűsége a kozmológiai konstans a barion-tartalom a neutrinók sűrűsége
55-75 km/s/Mpc 0.25-1 13-15 Gév 0.9-1.1 0.2 - 0.3 0 - 0.7 0.1-0.2 ?
Még mindig sok a bizonytalanság, habár sokkal kisebb mint egy évvel ezelőtt... Cél:
néhány százalékos pontosság 2 éven belül
Preciziós kozmológia!
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
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
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
DR2: Data Release 2 • • • •
2004 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
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 email archivum, műszaki rajzok Teljes szoftver archivum
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’
SkyServer Forgalom Web and SQL Traffic 100000000 10000000 1000000
Hits
100000 10000 1000 100
Web SQL Expon. (Web)
10 1 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 Month
Skyserver Sessions
Singh et al 2006
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
Trendek Mikrohullámú háttér (pixel) • 1990 COBE 1000 • 2000 Boomerang 10,000 • 2002 CBI 50,000 • 2003 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 • 1996 LCRS • 2003 2dF • 2005 SDSS
3500 23000 250000 750000
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
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”
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
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
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
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
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)
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)
“The future is already here. It’s just not very evenly distributed”
William Gibson
