PixInsight com suporte a CUDA

Para quem usa PixInsight para tratar as astrofotos sabe que alguns processos como StarNet são computacionalmente muito caros e podem levar horas para terminar.

Para facilitar um pouco a nossa vida dura 😅 trago aqui uma dica de como utilizar sua placa NVIDIA para acelerar esse processo. Para esse tutorial vamos usar os seguintes softwares e versões:

• PixInsight 1.8.8-9
• Cuda ToolKit 11.5 (cuda_11.5.0_496.13_win10.exe)
• CudaNN 11.4 (cudnn-11.4-windows-x64-v8.2.4.15.zip)
• LibTensorflow 2.6.0 (libtensorflow-gpu-windows-x86_64-2.6.0.zip)

NOTA 1: Não são todas as placas NVIDIA que funcionam, mas vale você testar a sua.

NOTA 2: Se você usa uma versão mais antiga do PixInsight pode ter que usar versões mais antigas doas softwares listados aqui.

Passo 1:

Instale Cuda ToolKit 11.5 (execute cuda_11.5.0_496.13_win10.exe).

Selecione a opção Personalizada 

Você pode desmarcar todas as opções, deixando apenas CUDA/Runtime/Libraries

Finalize a instalação no diretório padrão C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v11.5

Passo 2:

Precisamos criar duas variáveis de ambiente. Abra Propriedades do Sistema (você pode ir em procurar e digite Editar Variáveis). Vá em Avançado/Variáveis de Ambiente

Crie a variável TF_FORCE_GPU_ALLOW_GROWTH com valor True

Edite a variável Path e adicione o caminho C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v11.5

Faça para as variáveis de sistema e para o usuário (só para garantir).

Passo 3:

Abra cudnn-11.4-windows-x64-v8.2.4.15.zip e extraia a pasta lib e bin que está dentro de cuda para

C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v11.5

Passo 4:

Abra e extraia libtensorflow-gpu-windows-x86_64-2.6.0.zip, depois copie o arquivo tensorflow.dll que está no diretório lib para  C:\Program Files\PixInsight\bin 

Passo 5:

Vamos testar! Abra seu Gerenciador de Tarefas / Desempenho. Execute o PixInsight, abra uma imagem não-linear e execute o processo StarNet. Você deve ver sua GPU trabalhando!

Céus limpos!

@astronomiaNoCerrado

A Energia Escura

Essa entidade é mais um mistério da ciência pois sabemos pouco sobre sua provável composição. Digamos que você pegue um certo volume do espaço e tire tudo de dentro, então teríamos o vácuo. Na verdade teríamos o próprio espaço e aparentemente há uma energia associada a ele. Essa é a Energia Escura.

O mais impressionante é que graças a Física Quântica estamos conseguindo quantificar essa energia.

Na Cosmologia a Energia Escura é sinônimo de Constante Cosmológica ƛ. A densidade Dƛ dessa constante se junta a outros dois parâmetros cosmológicas (densidade de radiação (Dr) e densidade de matéria (Dm)) que descrevem a composição do Universo.

Existe um consenso na ciência de que nosso universo é plano e portanto se tornarmos esses parâmetros adimensionais dividindo por uma constante chamada de densidade crítica (ρ que é a quantidade de matéria que define o universo plano), a soma precisa ser 1 respeitando a geometria euclidiana.

Dƛ/ρ + Dm/ρ + Dr/ρ = 1

Aqui a Cosmologia consegue nos dar alguns números. No post sobre Matéria Escura ficou claro que é possível experimentalmente fazer estimativas da matéria no universo (Dm/ρ = 0.3) , sabemos que é possível fazer o mesmo com a radiação (Dr é muito pequeno, desprezível e próximo de 10^-5). portanto

                                                                  Dm/ρ + Dr/ρ = 1 - Dƛ/ρ

                                                                        0.3 = 1 - Dƛ/ρ

                                                                            Dƛ/ρ = 0.7

Daqui tiramos que aproximadamente 70% do universo é Energia Escura e 30% de matéria (bariônica + escura) e a radiação é muito pequena. Vale ressaltar que a quantidade e Energia Escura sempre se alterou com a expansão do universo, pois a medida que há mais espaço também há mais energia. Entretanto a densidade de Energia Escura permanece constante desde o Big Bang.

Isso é interessante pois sabemos que houve um tempo onde havia mais radiação que matéria no universo, portanto  Dm/ρ e Dr/ρ se alteraram em menor e maior proporção. Principalmente nos primeiros anos após o Big Bang, Dm/ρ deveria estar mais próximo de ser insignificante e  Dr/ρ mais próximos dos 30%.

Uma outra forma de chegar a esses valores é fazer a curva de aproximação da relação redshift (z) vs idade do universo. 

Mais uma vez os valores ótimos (idade do universo ~13Gyr) para os parâmetros cosmológicos são próximos de 0.7 e 0.3 e H sendo a constante de Hubble atualmente.

Por curiosidade fiz a integração numérica com intervalo de integração [0, 1000], Dƛ/ρ=0.7 e  Dm/ρ=0.3:

                            - 20ln(3*10001^3/2 + 7)/21 + 10ln(1001)/7 + 20ln(10)/21 = ~ 1/H * 1.1455

Esse valor superior a H^-1 sugere que o universo seria um pouco mais velho e estaria acelerando. O resultado dessa integração numérica muda bastante dependendo dos valores escolhidos para os parâmetros cosmológicos, por isso é tão importante estima-los com precisão.

As estimativas para esses parâmetros cosmológicos são fundamentais também para o cálculo de várias outras funções como por exemplo a Distância Comóvel, que por sua vez nos leva a Distância de Luminosidade e Distância de Diâmetro Angular.

É importante lembrar que existem outras hipóteses para explicar a Energia Escura, isso porque as observações da Física Quântica indicam uma discrepância muito grande entre o valor teórico assumido por ƛ no modelo cosmológico padrão e o que se quantifica experimentalmente.

Céus limpos

@astronomiaNoCerrado

Matéria Escura: Evidências de sua presença

O que é a tal Matéria Escura ?

Ninguém sabe ao certo. Parece que essa entidade não interage com forças eletromagnéticas (não emite e nem absorve luz) mas interage gravitacionalmente. Descrevo aqui rapidamente quais são as evidências da presença da Matéria Escura que foram observadas até hoje

• Lentes Gravitacionais

Esse é um efeito previsto pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein e rege sobre os efeitos causados na luz pela distorção do espaço-tempo.

A idéia é mais ou menos o que acontece quando a luz atravessa uma lente. Ela sofre uma alteração, podemos ver isso claramente por exemplo quando usamos uma lupa para direcionar a luz do SOL.

No Cosmos existem essas "lentes". São as estruturas de grande massa como os aglomerados galácticos. Se houver um objeto entre nós e um aglomerado galáctico, é possível que enxerguemos alguma distorção na luz emitida/refletida por esse objeto.

Foto: Efeito lentes gravitacionais capturado pelo Hubble/NASA no aglomerado SDSS J0952+3434

• Dinâmica das Estrelas

Por qual motivo nosso planeta não é engolido pelo SOL ? Porque há uma velocidade de translação em uma determinada órbita. Caso contrário, se estivéssemos parados a força da gravidade faria seu papel e seríamos atraídos, iríamos de encontro ao SOL. Portanto a força da gravidade deve contrapor a força centrifuga:

Desta demonstração podemos dizer que a velocidade depende da massa M e diminui a medida que o raio R aumenta. Por isso a velocidade de translação da Terra é maior que a de Netuno. A massa significativa ai é a do SOL.

Qual a relação disso com a cinemática das estrelas e a matéria escura ?

A maior parte da massa (matéria bariônica) de uma galáxia está mais próxima do seu centro do que no limite externo do seu disco. Pois bem, se medirmos a velocidade de translação de uma estrela no limite do disco e comparar com a velocidade de uma estrela mais próxima ao centro, usando a fórmula acima veríamos que a estrela mais próxima ao centro tem uma velocidade de translação maior.

Mas não é isso que acontece! As medições desse tipo indicam que as velocidades se mantem mais ou menos constantes. Para que isso ocorra precisaria haver mais massa bariônica no limite do disco e não é isso que se vê. Levando em consideração a massa de todas as estrelas e gases presentes, ainda assim faltaria muita massa para justificar tal velocidade.

O motivo então seria a presença da Matéria Escura. A idéia mais aceita é que existe um halo de materia escura entorno da galáxia.

Claro que o cálculo de rotação de uma galáxia é mais elaborado que essa demonstração. Mas a idéia principal permanece, veja esse grafico da velocidades observadas na galáxia UGC05721 no artigo "Rotação de galáxias e matéria escura" de Alejandro Hernández-Arboleda e Davi C. Rodrigues. As velocidades não diminuem com o aumento da distância.

• Dinâmica de aglomerados Galácticos

As galáxias que fazem parte de aglomerados não estão paradas, elas giram entorno de um centro. A idéia aqui é a mesma da cinemática das estrelas. As velocidades medidas das galáxias só são justificadas com a presença da matéria escura, pois a soma da matéria bariônica não justifica tais velocidades.

• Temperatura dos gases em aglomerados Galácticos

Os aglomerados de Galáxias ainda nos dão uma outra evidência da matéria escura. A temperatura dos gases intra-aglomerado. Em última instância a temperatura de um gás é o nível da agitação das partículas e observou-se que a matéria bariônica ali presente não seria suficiente para tornar o gás tão quente, portanto a matéria escuro estaria ali presente.

Céus limpos

@astronomiaNoCerrado

Da Bariogénese à consciência do Cosmos

É possível traçar um paralelo entre a evolução da Astronomia e da Humanidade no que diz respeito a forma que nos vemos nesse Planeta. Saímos de épocas de escuridão, onde achávamos que éramos o centro de tudo, navegamos em mares iluminados e percebemos que somos parte de um todo. Com a ajuda da Física, da Filosofia e de outras ciências nos encontramos num processo de entendimento das Leis Naturais buscando nossa consciência como seres de vida avançada.

Com um certo senso de consciência coletiva ou de brevidade, muitos deixaram o seu melhor para nós na arte e na ciência, transformando para melhor nossa "cultura humana".

Estamos sempre comprimindo a mola, estamos adicionando a tensão necessária para que haja transformação em algum momento. Vez ou outra navegamos pela cegueira intelectual: o fracasso que deve ser escondido, o imperfeito excluído de nossas vidas.

Pois bem, digo-lhes que os fracassos e as imperfeições são características fundamentais no processo evolutivo do Cosmos e foram catalisadores de transformações. O Cosmos deixou para trás um mundo hostil, época de grande densidade de radiação e matéria bariônica ,fracassou por bilhões de anos, por uma infinidade de reações químicas até conseguir uns dos seus sucessos que foi a vida e em seguida sua consciência através da vida avançada.

Não sabemos qual o próximo passo nessa caminhada evolutiva do Cosmos, o que virá no pós- consciência. Mas é provavel que as grandes transformações venham catalizadas pelo imperfeito e o fracasso.

Acredito que se tivermos consciência de nossa finitude como matéria desse Cosmos e decidirmos deixar nosso melhor legado, estaremos mais próximo das respostas ou ao menos deixaremos para trás mais rapidamente os momentos de cegueira intelectual. Ficaremos mais perto do próximo passo evolutivo, sentiremos que somos guardiões da vida em um Planeta raro. E mais do isso, que somos os únicos exemplares da espécie Humana!

Céus limpos

@astronomiaNoCerrado

Nebulosa Cabeça de Cavalo

A famosa região da Cabeça de Cavalo na constelação de Orion está localizada a 1.500 anos-luz da Terra na proximidade de uma das "As Três Marias", a estrela Alnitak (Zeta Orionis), que na realidade não é uma única estrela, mas um sistema triplo onde sua primária possui 28 vezes mais massa que o nosso Sol.

A formação que dá origem ao nome dessa região é em si uma nebulosa escura, grande porção densa de poeira e gás que absorve boa parte da luz que a ilumina vinda da estrela Sigma Orionis, esculpida por ventos e radiação estelares.

A região também possui uma enorme quantidade de Hidrogênio, que ionizado pela energia liberada pelas estrelas próximas dão uma tonalidade avermelha na imagem.

Foram 3 horas de captura durante a lua cheia e usando filtro banda de banda estreita L-Enhance.

Céus limpos

@astronomiaNoCerrado

Astronomia: Um ensaio sobre Ciência e Fé

Esse não é um texto sobre religião e sim sobre acreditar em algo que não se vê, que não se mede e que nem mesmo sabemos se realmente existe. A fé não só não se sobrepõe a ciência como é essencial, sem ela não há busca pelo desconhecido, pelo novo e pela evolução das leis que regem o universo. Precisamos simplesmente crer que a ignorância do ser humano de hoje será superada um dia e trará luz sobre a incompreensão.

A astronomia de nossos ancestrais nasceu da fé, quando os povos antigos observavam as danças das estrelas, cometas, planetas e buscavam o entendimento. Naquela época sem a compreensão das leis da Física, só podiam crer que havia alguma explicação para tudo aquilo.

A ciência Astronomia avançou muito com a ajuda de Kepler, Galileu, Isaac Newton, Einstein e tantos outros gênios da ciência que ajudaram a humanidade e descrever a dança do universo com as leis essenciais da física. Mas ainda assim há de termos fé pois mesmo após alguns milênios ainda não estamos nem perto de compreender questões essenciais como a se estamos sozinhos nesse universo, qual foi a Primeira Causa para que aquele universo denso se expandisse dando origem a tudo, é possível o tudo nascer do nada? Simplesmente temos que ter fé que a ciência não é finita e completa, portanto estarmos abertos a todas as possibilidades de respostas.

Observar o cosmos é tão intrigante quanto fascinante. Ao mesmo tempo que um olhar quantitativo do universo desperta uma sensação de insignificância, também paramos para pensar o quão raro é a vida. Foram bilhões de anos onde um infinito de experiências físicas e químicas tiveram que ocorrer e falhar para estarmos aqui hoje. Esse fato deveria nos trazer um sentimento de gratidão.

Parafraseando Carl Sagan, somos formados por restos de estrelas mortas. Sabemos disso pois a ciência já descobriu que aquilo que nos forma biologicamente está presente em abundância no Cosmos. E os sentimentos? O que une o carbono ao amor?

Hoje apenas a fé. Para essa ponte muitos dão o nome de Espiritualidade. Não falo da religião, mas das características ainda inexplicáveis pela ciência que a vida avançada adquiriu com a evolução: amar, ter consciência de si e do mundo e ter fé.

Céus limpos

@astronomiaNoCerrado

Limite Astrobiológico Copernicano

Quantas civilizações inteligentes podem haver por ai na Via Láctea ?

Em 2020 um artigo científico chamado The Astrobiological Copernican Weak and Strong Limits for Extraterrestrial Intelligent Life trouxe uma abordagem atualizada da Equação de Drake para determinar o número de possíveis civilizações inteligentes em nossa galáxia.

A ideia desse post não é trazer o conteúdo desse artigo e sim fazer nossas próprias estimativas usando o modelo matemático proposto:

N = Nt * fl * fhz * fm * (L/τ')

Onde

N = É o número de civilizações inteligentes no momento em nossa galáxia.

Nt= Total de estrelas em nossa galáxia.

fl= Porcentagem de estrelas que possuem +5 bilhões de anos.

fhz= Porcentagem de estrelas que podem ter um planeta capaz de suportar vida.

fm= Porcentagem desses planetas que podem ter metais suficientes para desenvolvimento de vida avançada.

L = Tempo que uma civilização inteligente precisa para desenvolver formas de comunicação.

τ'= Tempo necessário para a vida inteligente se desenvolver em um planeta até ser possível se comunicar.

Tudo posto na mesa, vamos a estimativa. 

Consideremos que existam por volta de 100 bilhões de estrelas em nossa galáxia. 10% dessas estrelas seriam anãs amarelas como o nosso Sol e portanto idade aproximada, estimativas usando dados do telescópio Kepler sugerem que podem haver 300 milhões de exoplanetas habitáveis e vamos assumir que 50% deles teriam metais para o desenvolvimento de vida avançada. Sabemos de evidências de vida na Terra que datam de aproximadamente 3.5 bilhões de anos atrás e portanto podemos estimar que o tempo necessário pata o surgimento da vida seja de no mínimo 1 bilhão de anos. Mas vamos adicionar mais 3 bilhões de anos nessa conta, já que esse é o tempo total que conhecemos para o surgimento de vida avançada (nós? 😅)

Por fim, usando novamente a humanidade como exemplo podemos dizer que seriam necessário ao menos uns 100 anos para criarmos nossos sistemas de comunicação inteligentes.

Colocando tudo isso no modelo, temos um total de 38 civilizações inteligentes por ai! 👽👽👽

Vamos extrapolar mais um pouco. Digamos que a Via Láctea tenha um volume de um cilindro de 50mil anos-luz de raio e mil anos-luz de altura. Portanto 7 x 10^12 anos-luz^3.

Qual a probabilidade de uma civilização estar a 4 anos-luz de nós ? (Estrelas mais próxima depois do Sol). Podemos assumir que seria 

P = Volume De uma Esfera de 4anos-luz de raio / Volume da Via Láctea. 

Então a probabilidade seria de 3 x 10^-9 %. O que ajuda a explicar porque ainda não achamos nada! Mais fácil ganhar na Mega-sena!

Valeu a brincadeira.

Obs: A estimativa no artigo fala em 36 civilizações em condições mais restritas. Então nossa conta não ficou muito fora.

Céus limpos!

@astronomiaNoCerrado