En construction sur une crête reculée des Andes chiliennes, le Large Synoptic Survey Telescope (LSST) sera doté du plus grand appareil photo numérique au monde, aider les chercheurs à détecter des objets aux confins du système solaire et à mieux comprendre la structure de notre galaxie et la nature de l'énergie noire.

Cette puissance extraordinaire attire des dizaines de chercheurs du monde entier, chacun avec ses propres besoins et échelles de temps en matière d'observation et tous confrontés à une couverture nuageuse sporadique et à d'autres conditions variables. En bref, un défi de planification majeur.

Un programmateur de télescope automatisé développé par des chercheurs de l'Université de Princeton et de l'Université de Washington vise à maximiser l'efficacité du LSST sur la durée de son fonctionnement, actuellement prévu pour 10 ans à compter de 2023.

L'équipe comprend Elahesadat Naghib, qui a récemment obtenu un doctorat. au Département de recherche opérationnelle et d'ingénierie financière de Princeton, et le professeur Robert Vanderbei.

Parce que divers groupes de chercheurs auront besoin d'images de différentes parties du ciel prises à des intervalles spécifiques, dit Naghib, certains astronomes ont plaisanté "que l'objectif du projet est de garder tout le monde également malheureux". Elle et ses collègues se sont efforcés d'être équitables en concevant un algorithme pour le planificateur automatisé, elle a dit.

La demande pour les images du LSST dans la communauté internationale de la recherche rend le besoin d'un outil flexible, objectif ordonnanceur particulièrement aigu.

"Construire un télescope avec un champ de vision très large et une haute résolution, et le mettre dans un désert au Chili où il fait beau presque tout le temps, est incroyable, " dit Vanderbei. " Dans le monde de l'astronomie, tout le monde est enthousiasmé par le LSST. C'est l'essentiel."

"Nous scruterons le ciel autant que possible chaque nuit, " a déclaré le co-auteur Peter Yoachim, membre du personnel scientifique du LSST et chercheur scientifique à l'Université de Washington. "Nous pourrons voir toutes sortes de choses qui changent, comme des supernovae qui explosent et des astéroïdes qui bougent."

Vanderbei et Naghib ont commencé à travailler sur le planificateur après avoir entendu parler du problème par Robert Lupton, un astronome de recherche senior au Département des sciences astrophysiques de Princeton. Lupton dirige un groupe créant un pipeline pour gérer les grandes quantités de données que le LSST collectera.

"La science dépend de manière critique de la façon dont nous prenons les données, " a déclaré Lupton. Un programmateur sophistiqué permet à la communauté des chercheurs de " prendre du recul et d'examiner les problèmes à l'échelle mondiale, " permettant de progresser sur des objectifs scientifiques concurrents.

Le planificateur collectera des données en temps réel sur des facteurs tels que la couverture nuageuse, la luminosité du ciel et la "vision" astronomique - la quantité de scintillement des étoiles causée par l'atmosphère terrestre, ce qui peut affecter la résolution des images du télescope. Alors que la couverture nuageuse est relativement rare sur le site du LSST dans le désert d'Atacama, l'un des endroits les plus secs de la Terre, les nuages ​​sont toujours une préoccupation pour le fonctionnement du télescope.

A chaque instant de la nuit, ces mesures aideront un algorithme décisionnel à déterminer où dans le ciel le télescope doit pointer et quel filtre il doit utiliser pour capturer une image. Le LSST utilisera six filtres qui permettent la transmission de différentes longueurs d'onde de la lumière, allant de l'ultraviolet au proche infrarouge. Les spectres lumineux émis par les caractéristiques astronomiques telles que les supernovae, ou des étoiles qui explosent, peuvent révéler des informations clés sur leurs origines et leur composition chimique.

La plupart des programmateurs existants pour les télescopes au sol allouent des durées déterminées à l'observation de différentes régions du ciel sur la base des propositions d'équipes d'astronomes, et utiliser des algorithmes qui vérifient uniquement si une zone d'intérêt est dans des conditions acceptables, par exemple, il doit être suffisamment visible au-dessus de l'horizon.

Avec une telle séquence prédéterminée, le télescope n'aurait aucun moyen de prendre en compte des problèmes tels que la couverture nuageuse, dit Naghib, l'auteur principal de l'étude. "Mais parce que nous prenons une décision en temps réel, le LSST peut effectivement évaluer les nuages ​​et pouvoir continuer à observer, alors qu'auparavant ils devaient fermer tout l'observatoire lorsque la nuit était nuageuse, " elle a dit.

En plus de tenir compte des conditions météorologiques et d'autres conditions variables, le programmateur intègre des informations sur le temps nécessaire au télescope pour passer d'un champ de vision à un autre. L'optimisation de l'efficacité de ces mouvements est particulièrement importante pour le LSST car il changera de position plus rapidement que les télescopes précédents, il est donc essentiel d'éviter de perdre du temps d'observation potentiel. Chaque nuit, le programmateur privilégiera les points du ciel non observés la nuit précédente, permettant au télescope d'observer tout le ciel austral toutes les trois nuits.

L'algorithme visera également à répondre à des exigences d'observation spécifiques pour quatre grandes zones définies du ciel visibles depuis l'emplacement du LSST. Par exemple, la région connue sous le nom de North Ecliptic Spur comprend des objets de notre système solaire. Distinguer les mouvements des astéroïdes et autres caractéristiques du système solaire de phénomènes plus éloignés dans le même champ de vision nécessite l'utilisation d'images appariées prises à 20 minutes d'intervalle.

"L'un des défis de ce projet est que différentes régions du ciel ont des contraintes différentes et des objectifs différents, et nous devons respecter tous ceux en fonction de ce qu'ils exigent, " expliqua Naghib, qui a passé un semestre à travailler avec des astronomes de l'Université de Washington pour affiner les fonctions du programmateur.

Les autres fonctionnalités du planificateur incluent la possibilité de récupérer des interruptions techniques, à la fois attendu et inattendu, et une flexibilité intégrée qui permet aux chercheurs d'ajuster l'algorithme à mesure que les objectifs scientifiques changent. Il fournit un cadre qui peut être appliqué à d'autres télescopes à l'avenir, dit Naghib.

Ce travail constitue la base de l'ordonnanceur du LSST, que les ingénieurs logiciels du projet s'efforcent de mettre en œuvre en vue des tests et de la vérification initiaux du télescope en 2021.