در ششمین مقاله از سری مقاله‌های «ارزیابی ده‌سالانه‌ی اخترشناسی و اخترفیزیک۱» به بررسی نیاز به داشتن یک زیرساخت سایبری۲ برای مطالعات چندگانه و چندطیفی اخترفیزیکی می‌پردازیم. به مطالعات هم‌زمان که از ذرات یا امواج مختلف برای بررسی یک رخداد استفاده میکنند، پیام‌رسان‌های چندگانه۳ می‌گویند. در این مقاله‌ی سفید، دلایل وجود و امکانات مورد نیاز یک پروژه‌ی بزرگ در راستای مدیریت و هماهنگی مطالعات پیام‌رسان‌های چندگانه بررسی می‌شود. در این نوشته، به مرور خلاصه‌ای از این مقاله می‌پردازیم.
کشف‌های جدید در زمینه‌ی نجوم پیام‌رسان‌های چندگانه، از جمله مشاهدات مربوط به رخداد موج گرانشی GW170817 و نوترینوی پرانرژی IceCube-170922A دریچه‌های جدیدی باز کرده‌اند. این مشاهدات نیاز به زیرساخت‌های نرم‌افزاری و تکنولوژی‌های سخت‌افزاری جدید را با خود به همراه می‌آورند.با گسترش رصدخانه‌ها و پیشرفت تلسکوپ‌ها، تعداد رخدادهای چندگانه در سال‌های آینده به طرز چشم‌گیری افزایش خواهند یافت. افزایش نرخ داده‌های نجومی در طیف‌های مختلف الکترومغناطیسی، امواج گرانشی، و ذرات بنیادی، نه تنها نیازمند مدیریت زمانی مشاهدات بین رصدخانه‌های مختلف است، بلکه نیازمند توسعه‌ی روش‌های تحلیل داده و برداشت‌های علمی از نتایج هم‌زمان و متعاقبا انجام رصدهای عمیق‌تر است.
برای این منظور زیرساخت‌های سایبری باید طراحی، ساخته و پرداخته شوند تا امکان جمع‌آوری و تحلیل داده و نتیجه‌گیری سریع آن‌ها را به محققان بدهند. این زیرساخت‌ها رصدخانه‌های مختلفی را در یک مؤسسه‌ی واحد به یکدیگر متصل میکنند که نیازمند قراردادهای مشخص بین رصدخانه‌ها یا روش‌های نوین امنیتی کامپیوتری هستند. در سال‌های جدید روش‌های یادگیری ماشین برای تحلیل سریع بسیاری از داده‌های اخترفیزیکی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. استفاده از این روش‌ها و تولید ابزار مناسب جهت مدل‌سازی در مطالعات چندگانه بسیار حائز اهمیت است.
شکل ۱. زیرساخت سایبری (مقیاس‌پذیر) برای اخترفیزیک پیام‌رسان چندگانه. این تصویر، عکس شاخص وبسایت https://scimma.org است.
در این مقاله‌ی سفید، بخش‌های مختلفی که لازم است یک مؤسسه‌ی اخترفیزیکی پیام‌رسان چندگانه توسعه دهد با جزییات بررسی شده است. به طور خلاصه این بخش‌ها عبارتند از:
- نرم‌افزار: سیستمی برای دسترسی به داده‌ها و تحلیل انواع مختلف آن‌ها، مدل‌سازی منابع اخترفیزیکی، و کدهای کامپیوتری مشترک.
- چالش‌های مربوط به رصدهای دنبال‌گر الکترومغناطیسی: تصمیم‌گیری در مورد زمان و مکان دقیق مشاهدات دنبال‌گر. برای مثال یک رخداد موج گرانشی، محدوده‌ای بین ده‌ها تا هزارها مربع درجه در آسمان را در بر می‌گیرد و بازسازی دقیق مکان اخترفیزیکی بدون مشاهدات الکترومغناطیسی امکان‌پذیر نیستند. این مشاهدات باید با سرعت هرچه بیشتر انجام شوند که فرآیندهای اخترفیزیکی را دنبال کنند.
- ذخیره، دسترسی، و جستجوی داده‌ها: یکی از چالش‌های اصلی انقلاب داده، حجم زیاد داده‌هایی است که دریافت و ذخیره می‌شود. زیرساخت‌های مناسب می‌توانند دسترسی به این داده‌ها را برای محققان بسیار راحت‌تر و سریع‌تر کنند.
- اشتراک‌گذاری داده‌ها: عموما قراردادهایی بین رصدخانه‌های مختلف بسته می‌شود که منجر به اشتراک‌گذاشتن دسته‌ای از داده‌های مورد نیاز برای یک مطالعه می‌شود. انتشار و مدیریت این داده‌ها نیز می‌تواند به عهده‌ی چنین مؤسسه‌ای باشد.
- همکاری بین محققان در رشته‌های مختلف: برای ساخت چنین مؤسسه‌ای، منجمان و فیزیکدانان، متخصصان سایبری و کامپیوتری با هم به تعامل می‌پردازند و به طور مشترک در این پروژه همکاری دارند.
- آموزش: بخش‌های مختلف مربوط به آموزش محققان و دانشجویان و هم‌چنین فعالیتهای ترویجی طراحی می‌شوند.
- ابزار مربوط به کار مشترک: بسیاری از کدهای کامپیوتری در بخش‌های مختلف نجوم می‌توانند به طور مشترک استفاده شوند و توسعه و مرتب‌سازی این منابع و جمع‌آوری آن‌ها در یک بخش بسیار کمک‌کننده خواهد بود.
- سرویس‌های مختلف تحلیل داده: منابع کامپیوتری و محاسباتی برای تحلیل داده و مدل‌سازی به خصوص در زمان واقعی جهت تسریع مشاهدات بسیار مهم است و می‌تواند پتانسیل کشف منابع اخترفیزیکی را تا حد بسیار خوبی بالا ببرد.
در حال حاضر، فاز اول این پروژه (مؤسسه‌ی زیرساخت سایبری (مقیاس‌پذیر) برای اخترفیزیک پیام‌رسان چندگانه۴) از طرف بنیاد علمی ملی آمریکا تامین بودجه شده است. در این مقاله، برای حمایت از این مؤسسه تبلیغ شده است. چنین مقالاتی می‌توانند برای ادامه‌ی تامین بودجه در فازهای بعد تاثیرگذار باشند. در پایان، باید متذکر شد که تعداد زیادی زیرساخت‌های مختلف در حال حاضر توسعه یافته و فعالیت میکنند (از جمله پروژه‌ی «شبکه‌ی رصدخانه‌ی پیام‌رسان چندگانه‌ی اخترفیزیکی» که قبلا راجع به آن اینجا نوشتیم). هدف این مقاله و پروژه‌ی جدید متحدکردن، و ساخت یک مؤسسه‌ی جامع‌تر و قابل دسترس برای تمام محققان و علاقه‌مندان در ابعاد بزرگ است که دربرگیرنده‌ی تمام پروژه‌های اخترفیزیکی باشد که در حال حاضر در حال فعالیت در زمینه‌ی پیام‌رسان‌های چندگانه هستند.
۱) Astronomy and Astrophysics Decadal Survey
۲) Cyberinfrastructure
۳) multi-messenger
۴) Scalable Cyberinfrastructure for Multi-Messenger Astrophysics or SciMMA
عنوان اصلی مقاله: Cyberinfrastructure Requirements to Enhance Multi-Messenger Astrophysics
لینک مقاله: https://arxiv.org/abs/1903.04590
نویسندگان: P. Chang, et al
گردآوری: آزاده کیوانی
