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ADAMIS - Présentation

DaSCA (Data Science and Computational Astrophysics)

 

 

 


 

Présentation

 

L'équipe DaSCA (Data Science and Computational Astrophysics -- Sciences des données et Astrophysique numérique) est une équipe transverse du laboratoire APC, à l'interface entre l'astrophysique, les mathématiques, le traitement statistique de l'information et le calcul scientifique. Son objectif est de développer, et d'appliquer à des problèmes pointus d'analyse et d'interprétation de données observationnelles, des méthodes innovantes en analyse de données, modélisation physique, et simulation numérique. Les domaines d'application sont intimement reliés aux thématiques propres du laboratoire APC que sont les astroparticules et la cosmologie.

 

L'équipe DaSCA rassemble des spécialistes des simulations numériques en astrophysique ainsi que des experts en analyse de données. Ces deux activités sont liées, de façon complémentaire, aux données observationnelles collectées par les différents instruments dédiés à l'observation de notre Univers. Le traitement et l'analyse des données permettent d'obtenir un diagnostic précis des phénomènes observés tandis que la simulation numérique permet de modéliser ces phénomènes afin de remonter aux ingrédients ayant permis la production de ces observations.

 

L'équipe DaSCA contribue à l'analyse de données et à la simulation dans des domaines tel que la cosmologie (mesure du fonds diffus cosmologique, effet Sunyaev Zel'dovich, modélisation de l'émission du ciel submillimétrique), la gravitation (avec la détection d'ondes gravitationnelles) et à l'astrophysique des hautes énergies (à travers la simulation de disques d'accrétion et de jets autour d'objets compacts, et la distribution statistique de rayons cosmiques de haute énergie.

 

 


 

Activités et Projets

 

Partie Analyse de données

L'équipe DaSCA concentre son activité sur le traitement et l'analyse de données volumineuses et/ou complexes avec des méthodes de traitement statistique et numérique innovantes et robustes. Elle participe à plusieurs projets observationnels dans le cadre de la mise en place des chaînes de traitement et du prototypage des méthodes d'extraction de l'information. Par ailleurs, les membres de l'équipe travaillent sur plusieurs projets de fusion de données, où plusieurs observations différentes sont exploitées conjointement pour accéder à l'information d'intérêt scientifique.

L'équipe DaSCA s'implique également dans le développement et l'utilisation de simulations numériques comme la simulation Monte-Carlo. Ce type de simulation permet le développement de méthodes d'analyse pour la validation de chaînes de traitement, de concepts d'expériences ou pour l'étude de la distribution des erreurs sur les paramètres d'intérêt obtenus à l'issue des traitements de données.

 

Partie Simulation Numérique


La modélisation des objets astrophysiques fait intervenir des théories et des concepts de plus en plus raffinés au fur et à mesure que notre compréhension grandit. Afin de pouvoir avoir une vision globale de ces objets, il est de plus en plus courant de faire appel à des simulations numériques pour résoudre les équations mathématiques régissant ces objets. De plus, le raffinement des effets cherchés par les simulateurs fait appel à des résolutions numériques telles qu'il devient impossible aujourd'hui de réaliser ces simulations avec des ordinateurs courants à la puissance et à la mémoire limitées.

Les défis engendrés par ces limitations peuvent être surmontés grâce à l'application de nouveau algorithmes permettant de résoudre des équations de plus en plus complexes ainsi qu'à des méthodes de parallélisation permettant de faire fonctionner plusieurs processeurs (et ordinateurs) en parallèle, réduisant ainsi le temps de calcul. C'est sur des deux voies-là qu'une partie de l'équipe DaSCA s'est lancée.

Ceci conduit à la production de nouveaux outils pour la modélisation d'objets astrophysiques. C'est par exemple le cas des disques d'accrétion entourant les trous noirs de notre univers qui sont parmi les plus intrigants et les plus spectaculaires emetteurs de rayonnement à haute énergie. La production de jets de matière à très grande échelle atteignant des vitesses proches de celle de la lumière peut-être expliquée par la mécanique des fluides ionisés (plasmas), aussi appelée magnétohydrodynamique (MHD). Celle-ci permet de décrire le comportement à grande échelle du fluide et son interaction avec le champ magnétique le traversant.

 

Dans cette section, nous présentons les activités du groupe DaSCA en donnant une présentation générale :

  • des problématiques astro-physiques en terme d'analyse de données et de simulations numériques
  • des méthodes mathématiques développées pour y répondre
  • des moyens informatiques mis en œuvre.

 


Traitement de données pour les ondes gravitationnelles

Il s'agit ici d'explorer des stratégies nouvelles de détection et d'extraction du signal gravitationnel pour les détecteurs terrestres et spatiaux.

Modélisation numérique en astrophysique

Les activités de modélisation numérique se concentrent sur les sources des émissions de haute énergie aussi bien de nature galactique (microquasars, supernovae) qu'extra-galactique (noyaux actifs de galaxies, sursauts gamma).

Analyse localisée sur la sphère

Le développement de méthodes d'analyse sur la sphère localisées à la fois en espace et en fréquence spatiale, basées sur l'utilisation de fonctions appelées needlets, trouve des applications à la fois pour l'étude du fond diffus, l'extraction de sources ponctuelles, ou encore l'étude de la distribution des rayons cosmiques.

Chaînes de traitement de données

Cette section présente un outil de création, visualisation, comparaison et manipulation de chaînes de traitement de données, développé pour répondre aux besoins des études menées au sein de l'équipe. 

Moyens de calcul

L'équipe dispose d'une grappe de calcul de 88 processeurs, en supplément des accès aux grands centres de calcul (IN2P3, IDRIS, NERSC...), et à la grille astroparticule (GAP).

Traitement de données pour le fond diffus cosmologique

Les activités liées à l'étude du fond diffus regroupent : la fabrication de cartes, la séparation de composantes, la modélisation des émissions astrophysiques millimétriques, la détection des sources ponctuelles et des amas de galaxie. 

 

Produits

PLANCK SKY MODEL

WMAP-CMB

WMAP-Foregrounds

MIDAPACK - MIcorwave Data Analysis PACkage - ANR-MIDAS'09 supported parallel library for CMB data processing

S2HAT - Scalable Spherical HArmonic Transforms - ANR-MIDAS'09 supported parallel library for spherical harmonic transforms