Nuevos métodos para estudiar el nacimiento de las primeras estrellas con los telescopios del SKAO

Cuando finalice su construcción, los telescopios del SKAO superarán en decenas de veces la sensibilidad y en miles de veces la velocidad de observación de las mejores instalaciones radioastronómicas existentes hoy día. El SKAO producirá datos que requerirán nuevos métodos de análisis, y para preparar a la comunidad astronómica en su novedosa naturaleza se celebran los SKA Data Challenges (Desafíos de Datos del SKA), una serie de ejercicios con datos simulados de estos instrumentos. En la última edición, el SKA Data Challenge 3, participan tres centros españoles, el Instituto de Física de Cantabria (IFCA), el Centro de Supercomputación de Galicia (CESGA) y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

El pasado 31 de octubre finalizó el plazo de siete meses del que disponían los equipos para analizar los datos y entregar los resultados de este tercer desafío, centrado en uno de los casos científicos clave del observatorio: la época de la reionización, la fase de la historia del universo en la que se formaron las primeras estrellas. Para el desafío, doce centros de supercomputación han ofrecido sus recursos y se han registrado un total de 234 participantes.

La comunidad española ha estado representada por el CESGA y el IAA, como proveedores de recursos; y por el IFCA, como líder de uno de los equipos participantes coordinado por Diego Herranz, investigador del IFCA y miembro del Grupo de Trabajo de Ciencia de SKAO sobre la época de reionización.

El CESGA ha proporcionado soporte a investigadores de las universidades de Chosun (Corea del Sur), Xidian (China) y McGill en Montreal (Canadá), proporcionándoles acceso al superordenador FinisTerrae III, tanto a sus equipos CPU como GPU (siglas en inglés de la unidad de procesamiento de gráficos). El IAA-CSIC ha dado soporte a un equipo liderado por la KLE Technological University (India) y al equipo español liderado desde el IFCA, ofreciendo los recursos computacionales del prototipo del Centro Regional del SKAO en España (SPSRC).

Impresión artística creada a partir de animaciones del telescopio SKA-Mid en Sudáfrica. Imagen: SKAO

El IFCA y el IAA han realizado el análisis científico de los datos del Data Challenge. El centro de investigación cántabro ha aportado su experiencia en procesado de imágenes, limpiando de contaminantes galácticos los cubos de datos proporcionados por SKAO mediante las técnicas de “polynomial fitting” y el análisis de componentes principales. Una vez realizado este procesamiento de las imágenes, el centro de investigación andaluza ha estimado el espectro de potencias tridimensional de la señal cosmológica de hidrógeno neutro, con el objetivo de identificar el momento clave en la historia del universo en la que el medio interestelar e intergaláctico comenzó a reionizarse, como consecuencia de la aparición de las primeras estrellas.

Importante papel de la ciencia española en SKAO

Aparte de los investigadores del CSIC, el equipo ha contado con la colaboración de científicos de la Agencia Espacial Europea (ESA), del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y de la Universidad Europea de Madrid, que han colaborado en las tareas de detección e identificación de fuentes compactas galácticas y extragalácticas, y en la interpretación de los datos interferométricos del Data Challenge.

Los equipos disponen de un mes adicional para poner sus códigos a disposición de la colaboración, siguiendo las pautas de la guía elaborada por SKAO para facilitar la reproducibilidad de resultados científicos. Aquellos equipos que cumplan este objetivo recibirán un reconocimiento por sus buenas prácticas científicas.

El papel de la comunidad española en la edición anterior del SKA Data Challenge resultó remarcable: un equipo internacional liderado desde el IAA y con soporte del SPSRC quedó en quinto lugar (de cuarenta participantes) y fue el único en conseguir la medalla de oro de la reproducibilidad. Este distintivo reconoció el esfuerzo de este equipo en documentar el código software generado, incluyendo herramientas para que fuera fácil de instalar, ejecutar y comprender, facilitando así que el software pueda ser reutilizado por otros equipos científicos.

Se espera que los resultados finales de la actual edición del desafío de SKA se publiquen en los próximos meses, tras la evaluación de los resultados obtenidos por los distintos equipos.

Una vez construidos los radiotelescopios, SKAO será el mayor generador de datos públicos del mundo. Imagen: SKAO

Sobre SKAO y SPSRC

El Observatorio del Square Kilometre Array (SKAO) es una organización intergubernamental que operará dos radiotelescopios que se están construyendo en Sudáfrica y Australia Occidental. Una vez construidos los telescopios, SKAO será el mayor generador de datos públicos del mundo los cuales serán preprocesados en dos centros de computación localizados en Sudáfrica y Australia, y de ahí se enviarán a una red interconectada de Centros Regionales del SKA (SRC por sus siglas en inglés).

En los SRC se llevarán a cabo las actividades científicas, y para ello deberán dar acceso a los datos, recursos computacionales y herramientas de análisis independientemente de la ubicación de los usuarios, proporcionándoles asimismo apoyo y formación. Estos centros constituirán, por tanto, el núcleo científico del SKA.

En España, con el apoyo estratégico del programa Severo Ochoa del IAA-CSIC, se lleva a cabo desde 2018 el desarrollo de un prototipo de SRC, el SPSRC, comprometido con los principios de la Ciencia Abierta, un área en la que España está jugando un papel relevante en el marco del SKA. El instituto andaluza coordina además la participación española en el proyecto.