På bilden här är Subaru-teleskopet och andra teleskopanläggningar vid toppen av Mauna Kea på Hawaii, Amerikansk kredit:Shutterstock
Ett internationellt team av forskare, inklusive KAUST högpresterande datorexperter och astronomer från Paris Observatory och National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), i samarbete med NVIDIA, tar sökandet efter beboeliga planeter och observation av galaxer från första epok till nästa nivå.
En demonstration på himlen uppnåddes nyligen på NAOJ:s 8,2 meter Subaru-teleskop, och Paris Observatorys team skalar redan upp algoritmerna för framtida större teleskop. KAUST Extreme Computing Research Center (ECRC) arbetar med astronomerna för att utveckla de avancerade Extreme-AO-algoritmerna som kommer att möta den enorma, beboeliga exoplanetavbildningsutmaningen.
"Att avbilda exoplaneter med stora markbaserade teleskop är mycket utmanande på grund av stjärna/planet-kontrasten och oskärpa som induceras av jordens atmosfär. Mycket högpresterande adaptiv optik - ibland kallad "Extreme-AO" - krävs, " sade Dr Hatem Ltaief, en senior forskare vid ECRC.
En radikalt ny strategi för AO har framkommit ur samarbetet:snabbare, större och mycket smartare kontrollalgoritmer. Drivs av universitetets linjära algebrakod som körs på NVIDIA-grafikprocessorer (GPU), det nya beräkningssystemet optimerar sig hela tiden och lär sig till och med att förutse snabbt föränderliga optiska störningar som induceras av jordens atmosfär.
Subaru -teleskopet sitter 14, 000 fot över havet på toppen av Mauna Kea på Hawaii. Kredit:Subaru Telescope, Japans nationella astronomiska observatorium.
"Denna fantastiska nya teknik används redan för att ta en närmare titt på exoplaneter som kretsar runt närliggande stjärnor. Med de större 25-40 meter teleskop som astronomer för närvarande bygger, nya jordliknande planeter som kretsar kring närliggande stjärnor kommer att avbildas och deras atmosfäriska sammansättning kommer att mätas för att leta efter tecken på liv som syre, vatten eller metan, sa professor Damien Gratadour, astronom vid Paris observatorium.
ECRC-forskare implementerade nyligen en ny Singular Value Decomposition (SVD) algoritm, ofta hänvisad till som arbetshästen för numerisk linjär algebra, att optimalt styra en liten höghastighetsdeformerbar spegel för att kompensera för atmosfärisk turbulens. Denna forskning resulterade i ett av de bästa papperspriserna vid Platform for Advanced Scientific Computing (PASC) Conference 2018 i Basel, Schweiz. Innovationen används redan framgångsrikt av astronomer för att avbilda exoplaneter med Subaru -teleskopet vid 14, 000 fot på Hawaii.
"Denna utmaning förvärras ytterligare med stora teleskop, där det är notoriskt svårt att avbilda beboeliga planeter genom jordens atmosfär, och kräver ett nytt förhållningssätt till adaptiv optik. Våra tidigare AO-system var ganska långsamma och släpar efter den snabbt föränderliga optiska aberrationen på grund av atmosfärisk turbulens, " noterade professor Olivier Guyon, en astronom vid Subaru -teleskopet.
Astronomer bygger en ny generation av stora teleskop som erbjuder ~15 gånger så mycket ljus som dagens största teleskop. Det jättelika Magellan-teleskopet, Thirty Meter Telescope och Extremely Large Telescope (visas här bredvid universitetets ikoniska fyr) kommer att kunna sondera närliggande exoplaneter för biologisk aktivitet. Kredit:Marta J. Golemiec
"SVD-algoritmen som utvecklats av KAUST-forskare gör det möjligt för oss att korrigera i realtid för atmosfärisk oskärpa av bilder tagna med stora teleskop med smartare Extreme-AO. Algoritmen lär sig nu att optimera sig själv och vi är inte längre överlistade av turbulens, " han fortsatte.
Ett nära samarbete med NVIDIA har varit avgörande för projektets framgång.
"Detta är en aldrig tidigare skådad HPC-utmaning, "sa Steve Oberlin, teknikchef för accelerated computing på NVIDIA. "Optiska aberrationer inducerade av atmosfären förändras över millisekunders tidsskala. På nuvarande stora teleskop, Algoritmer måste beräkna tusentals deformerbara ställdonpositioner på en millisekund eller mindre för att skärpa bilder. Subaru -teleskopet är den högsta registrerade markanvändningen av denna typ av GPU -system. Vi fortsätter att arbeta med teamet eftersom hårdvaran skalas upp för detta spännande projekt på grund av den kritiska prestandaeffekten av NVIDIA GPU:er."
Projektgruppens arbete bidrar till Mellanösterns historiska bidrag till astronomiområdet.
"Vi hjälper astronomer att bättre utnyttja dagens och morgondagens mest avancerade teleskop. Intressant nog, många av stjärnorna vi observerar med Subaru-teleskopet sågs först av stjärnskådare i regionen och har behållit sina arabiska namn. Vi hoppas kunna bidra till traditionen av astronomi i regionen, " sa Ltaief.
