Big Data übergibt die Schlüssel zum Verständnis des dunklen Universums
Wussten Sie, dass das Universum mit dunkler Materie gefüllt war, so dass wir die Formen von Objekten leicht verzerrt wahrnehmen? Selbst den besten Astronomen gibt die dunkle Materie immer noch Rätsel auf: sie glauben, dass es sie gibt, aber da sie unsichtbar ist, fällt es ihnen schwer, Beweise zu finden. Hier setzt die Big-Data-Revolution an. Vom kürzlich abgeschlossenen Dark Energy Survey (DES) bis hin zum geplanten Square Kilometre Array (SKA), welches das größte Radioteleskop der Welt werden soll – die von neuen und zukünftigen Missionen gesammelten Datenmengen werden voraussichtlich wichtige Durchbrüche ermöglichen. Dieses Wissen zu extrahieren, ist jedoch eine große technologische Herausforderung, für deren Überwindung Datenanalysemethoden der nächsten Generation erforderlich sind, wie sie im Rahmen des Projekts DEDALE entwickelt wurden. „Traditionelle Datenanalysetechniken sind darauf angewiesen, dass ausgebildete Astrophysiker gewisse Entscheidungen treffen, wie beispielsweise darüber, welche Objekte in einem Bild Galaxien und welche Sterne sind, in welcher Entfernung diese Objekte liegen oder ob ihre Form angesichts der Bildqualität extrahiert werden kann“, erklärt Dr. Samuel Farrens, Forscher am CEA Paris-Saclay und Mitarbeiter des Projekts. „Diese Techniken sind nicht nur veraltet und alles andere als optimal, sondern auch ungeeignet für Big Data. Es ist, als würde man beim Autofahren gleichzeitig in die Front- und Rückspiegel blicken: Wir benötigen neue automatisierte Methoden der Datenverarbeitung, wenn der Mensch die Aufgabe nicht mehr erfüllen kann.“ DEDALE brachte Experten für Kosmologie und Signalverarbeitung, Mathematiker, Informatiker, Astrophysiker und Experten für Fernerkundung aus der Industrie zusammen, um sich dieses Themas anzunehmen, wobei der Schwerpunkt auf solchen Problemen lag, die bei zukünftigen astrophysikalischen Untersuchungen und der Weiterentwicklung der Fernerkundungstechnologie erwartet werden. Gemeinsam untersuchten sie den Einsatz modernster Signalverarbeitungs- und Deep-Learning-Techniken und entwickelten eine effiziente Software, um sie zu implementieren. Dr. Farrens ist besonders stolz auf die Erstellung einer Karte für den DES, die die Verteilung der dunklen Materie im Universum zeigt. Dies beweist, wie innovative Methoden klassische Techniken übertreffen können, und ist ein großer Schritt auf dem Weg zur weiteren Einschränkung der kosmologischen Parameter – dem Heiligen Gral der Kosmologen des 21. Jahrhunderts. Und das ist nur eines von vielen hervorragenden Ergebnissen. DEDALE hat insbesondere bei der Messung der Punktspreizfunktion (entscheidend für die Bestimmung von Galaxienformen und eines der Hauptziele der Weltraummission Euklid der Europäischen Weltraumorganisation); bei der automatischen Messung der Rotverschiebung der Galaxien (wie weit Galaxien von der Erde entfernt sind); und bei der Entwicklung von Alpha-Shearlet-Systemen (nützlich für die Bearbeitung von Weltraumbildern) bedeutende Fortschritte erzielt. Dr. Farrens hofft, dass sich die Auswirkungen von DEDALE in naher Zukunft weiterhin bemerkbar machen werden. „Bei der Fernerkundung unterliegen Energieträger beispielsweise häufig strikten Verbrauchseinschränkungen, und die zur Ausführung aller Bildgebungs-, Optimierungs- und Analyse-Algorithmen erforderliche Rechenleistung ist für aktuelle Anwendungen möglicherweise noch zu hoch. Das Projekt DEDALE leistete einen entscheidenden Beitrag zur Anpassung und Übertragung vielseitiger Architekturen in Echtzeit-Demonstratoren, die mehrere Aufgaben mit einem einzigen Algorithmus lösen können“, erklärt er. Auch wenn DEDALE nun abgeschlossen ist, wird es doch im Rahmen des laufenden Projekts COSMIC weiterleben, das Probleme bei der Rekonstruktion von Bildern in der astronomischen und biomedizinischen Bildverarbeitung angehen soll. Dieses neue Projekt könnte enorme Auswirkungen auf die Neonatologie haben, da die Durchführung von MRT-Untersuchungen bei Säuglingen mit traditionellen Methoden äußerst schwierig ist.
Schlüsselbegriffe
DEDALE, Big Data, dunkle Materie, Dark Energie Survey, Datenanalyse, Square Kilometre Array, SKA, Fernerkundung, COSMIC
