Calcolo ad elevata performance per l’astrofisica

IASF-Bologna ha partecipato, con ruoli di primaria responsabilità, a molti dei principali programmi di astrofisica spaziale degli ultimi anni, in ambito nazionale ed internazionale, tra cui: BeppoSAX, XMM-Newton, INTEGRAL, AGILE, Planck, Fermi. Molto rilevante, a supporto di queste missioni,  è l’attività sperimentale, tecnologica e di ricerca e sviluppo nel campo delle tecnologie informatiche e del calcolo avanzato.

L’Istituto si è sempre avvalso di tecnologie informatiche. Gli esperimenti spaziali degli anni ’60 producevano quantità di dati che, pur essendo dell’ordine dei Megabyte, occupavano centinaia di nastri magnetici e potevano essere analizzati solo ricorrendo a Centri di Calcolo esterni (CINECA). Quelli degli anni successivi sono diventati sempre più complessi e oggi richiedono intense attività di simulazione numerica e generano quantità di dati milioni di volte superiori. Grazie alla corrispondente straordinaria evoluzione e riduzione dei costi dell’informatica, l’Istituto e’ riuscito a dotarsi di un proprio  Servizio Informatico di Struttura (SIS) con apparecchiature di rete locale ad alta velocità che collegano circa 50 server, 340 processori, 370 Gigabyte di memoria RAM e 400 unita’ a disco con 206 Terabyte di spazio per archivi.

Il SIS, mediante le  competenze informatiche disponibili nei vari progetti di ricerca, organizza e aggiorna le risorse disponibili per soddisfare le necessità di calcolo e di archiviazione, fornisce consulenza agli utenti e, tramite avanzati sistemi di sicurezza informatica e autenticazione, fornisce i basilari servizi Internet come la posta elettronica, il web e la videoconferenza.

Ground segment per missioni spaziali

Il Ground Segment (o segmento di terra) di un telescopio spaziale e’ un complesso sistema che consente di controllare e gestire il satellite e il telescopio montato a bordo di esso e che ci permette di ricevere, processare e archiviare tutti i dati acquisti.

L’Istituto ha maturato tanta esperienza nel campo dei Ground Segment di missioni spaziali (Beppo-SAX, Integral, Planck e AGILE), con attivita’ svolte in particolare per la parte di competenza del telescopio. Queste spaziano dalla definizione della struttura ottimale del Ground Segment allo sviluppo del software per il processamento dei dati scientifici, dalla manutenzione degli archivi dei dati di volo fino ad arrivare a sviluppare e a gestire il software che tiene quotidianamente sotto controllo lo stato di salute del telescopio in orbita, come nel caso delle missioni AGILE e Planck.
Raccogliendo idealmente l’eredita’ della missione Beppo-SAX, per AGILE si e’ riusciti ad eccellere con un sistema di allerta che permette di identificare, entro 2 ore dall’acquisizione dei dati in orbita, i flare di raggi gamma (improvvise, rapide e potenti esplosioni che danno informazioni sulla natura dei corpi celesti che li hanno generati) emessi da sorgenti galattiche o provenienti da altre galassie. Recentemente questo sistema di allerta e’ stato integrato in una Mobile App.
Grazie a questa tempestivita’ importanti eventi astronomici possono venire segnalati alla comunita’ scientifica internazionale quando sono ancora in corso o solo da poco conclusi. I migliori risultati di AGILE partono proprio da qui, tra cui l’ultimo e piu’ ambito riconoscimento internazionale dell’astrofisica delle alte energie: il premio Bruno Rossi vinto nel 2012 da Marco Tavani e dal team AGILE per la scoperta dei flare di raggi gamma dalla Crab.

Database e cataloghi astronomici

Non lo percepiamo, ma nella vita di tutti i giorni i cosiddetti “database” sono presenti in tantissime applicazioni che gestiscono archivi di tutti i tipi: sistemi di gestione dei conti correnti bancari, dei nostri cellulari, biglietterie via internet, uffici anagrafici di Enti pubblici di tutto il mondo. Avere informazioni di una persona tra miliardi è questione di pochi secondi.

Avere la possibilità di archiviare e scambiare dati, selezionare in modo molto veloce alcuni elementi da un insieme enorme, sono aspetti cruciali anche per l’Astronomia. I moderni cataloghi contano miliardi di oggetti celesti, ognuno diverso, almeno in parte, da tutti gli altri. Poterne selezionare “velocemente” alcuni sulla base della loro posizione sulla sfera celeste è un’operazione più complessa di quel che si possa pensare. Il motivo di ciò stà proprio nel fatto che siamo su una superficie e per di più non piana.

Poichè i dati nei database devono essere “ordinati” per essere individuati in modo veloce, quello che è stato fatto all’IASF Bologna, tra le altre cose, è stato produrre un software che permette di gestire in modo automatico qualsiasi dato che abbia a che fare con la posizione (definita da 2 angoli) sulla sfera.