Il cielo stellato è una distesa di puntini, unendo i quali – in senso figurato, ovviamente – è possibile leggere la composizione, l’origine e addirittura il destino dell’universo. Raccogliere quante più immagini di questi puntini che costellano la volta celeste è il pane quotidiano dell’astronomia, dalla costruzione di nuovi telescopi all’analisi dei dati fino alla loro interpretazione. Eppure le immagini di questi “punti” non sono veramente dei punti. Un fatto che può sembrare alquanto sconcertante – anche se ha a che fare con i principi base dell’ottica – e che inevitabilmente complica il processo di estrazione delle informazioni sul cosmo racchiuse nelle immagini astronomiche.
Per questo serve conoscere tutti gli effetti, dalla struttura del telescopio allo strumento utilizzato per rivelare la luce, fino alla turbolenza atmosferica (quest’ultima nel caso delle immagini raccolte con telescopi a terra), che concorrono a “sbrodolare” la forma delle stelle nelle osservazioni del cielo. E poi eliminarli. È ciò che fa Starfinder, un software per l’analisi di campi stellari di cui è stata appena rilasciata una nuova versione ottimizzata, dotata di una comoda interfaccia grafica e resa disponibile all’intera comunità come software libero. Ne parliamo con Laura Schreiber, ricercatrice all’Inaf di Bologna e all’Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble, in Francia, principal investigator del progetto che ha curato lo sviluppo del codice aggiornato.
Laura Schreiber, primo tecnologo all’Inaf – Osservatorio di astrofisica e scienza dello spazio di Bologna
Dottoressa Schreiber, che significa che l’immagine di un punto non è un punto?
«Starfinder è un software sviluppato per l’analisi di immagini astronomiche di campi stellari, cioè zone di cielo dominate dalla presenza di sorgenti “puntiformi”, che appaiono come una copia della risposta strumentale: è la cosiddetta point spread function, che letteralmente significa ‘funzione di sparpagliamento di un punto’. La luce di una stella, infatti, si distribuisce sul piano dell’immagine di uno strumento in modo diverso a seconda della forma dell’apertura del telescopio (per effetto della diffrazione), della presenza o meno della turbolenza atmosferica e dell’eventuale utilizzo dell’ottica adattiva per correggerla».
È qui che entra in gioco Starfinder?
«Il software opera scomponendo l’immagine nei suoi costituenti elementari: le sorgenti puntiformi, fornendo una stima della loro posizione e intensità relative, e l’emissione di fondo diffusa, eventualmente variabile sulla zona di cielo osservata. Nel caso di osservazioni ad alta risoluzione angolare, effettuate con telescopi da terra dotati di sistemi di ottiche adattive o con telescopi spaziali, la risposta strumentale è generalmente molto strutturata, rendendo il processo di riconoscimento delle sorgenti particolarmente difficile».
Chi usa questo software?
«Starfinder è utilizzato in ambito astronomico, in particolare per lo studio delle cosiddette popolazioni stellari. L’esempio più celebre è forse quello del gruppo di ricerca di Andrea Ghez, premio Nobel per la fisica, che ha usato questo software per analizzare i moti delle stelle intorno al centro galattico, rivelando così la presenza di un buco nero supermassiccio. Ma sono possibili applicazioni in altri settori lontanissimi dall’astrofisica, ad esempio per l’analisi di immagini di colonie di batteri.
La prima versione di Starfinder è stata rilasciata nel 2000, nell’ambito del dottorato di ricerca di Emiliano Diolaiti, oggi dirigente di ricerca all’Osservatorio di astrofisica e scienza dello spazio di Bologna dell’Istituto nazionale di astrofisica. È particolarmente utile nell’analisi di dati provenienti da telescopi dotati di sistemi di ottiche adattive, che mitigano la degradazione delle immagini astronomiche causata dalla turbolenza atmosferica, ma anche di osservazioni da satellite come quelle del telescopio spaziale Webb, che hanno una risoluzione angolare elevata».
La nuova interfaccia grafica del software Starfinder, mentre analizza un campo stellare molto denso
Che cosa c’è di nuovo nella nuova versione del software?
«Ci sono diverse novità importanti nella versione rilasciata recentemente. La prima riguarda il linguaggio di programmazione. Starfinder è sempre stato un software a codice aperto, ma era scritto in Idl, un linguaggio che richiede una licenza a pagamento. Oggi è stato completamente riscritto in Python, un linguaggio molto diffuso nella comunità scientifica e che ne ha permesso lo sviluppo come software libero. Questo lo rende più accessibile, più facile da usare e più semplice da sviluppare in futuro.
Un’altra novità significativa è l’introduzione di un’interfaccia grafica moderna e intuitiva, pensata per rendere il software immediatamente utilizzabile anche da chi non ha grande esperienza di programmazione. Il programma può avviare un server web da un ambiente Python e si utilizza direttamente da una pagina web aperta in un browser, senza bisogno di installare applicazioni aggiuntive. Questo rende l’interazione più semplice e flessibile.
Infine, sono state introdotte nuove funzionalità pensate per affrontare le sfide poste dai dati dei futuri telescopi, come l’Extremely Large Telescope. In particolare, il software è stato ottimizzato per gestire immagini molto grandi e complesse, che saranno sempre più comuni nella ricerca astronomica dei prossimi anni».
Un momento del workshop “Hands-on Starfinder” presso l’Inaf di Napoli
Come state diffondendo l’uso di Starfinder nella comunità scientifica?
«Il software è già scaricabile dalla piattaforma pubblica GitLab. Chiunque può scaricarlo e installarlo sul proprio pc. Il nostro obiettivo principale è di far conoscere questo strumento alla comunità scientifica, sfidando un po’ i pregiudizi legati all’abitudine. Quando si conosce bene uno strumento software, si ha la tendenza a utilizzarlo anche quando non rappresenta la soluzione più adatta.
Il nostro target primario sono quindi i giovani ricercatori, che ora si stanno formando. Non bisogna dimenticare che quasi tutta la strumentazione prevista per i telescopi ottico-infrarossi di nuova generazione prevede l’utilizzo di ottica adattiva per correggere gli effetti della turbolenza atmosferica, e le immagini necessiteranno quindi di un software adatto alla loro analisi. Chiaramente nel mirino ci sono anche i ricercatori più esperti che coltivano una passione per il software e che sono curiosi di conoscere nuovi strumenti. A questo proposito, si è appena concluso un corso di due mezze giornate all’Inaf – Osservatorio astronomico di Capodimonte, a Napoli, sull’utilizzo pratico di Starfinder rivolto appunto a studenti di dottorato e ricercatori. Una bellissima esperienza che merita di essere ripetuta in futuro.
Grazie alla semplicità dell’interfaccia grafica, c’è una seria intenzione di portare Starfinder anche nelle scuole secondarie di secondo grado, con l’obiettivo di mostrare ai ragazzi l’intero ciclo della filiera scientifica, dal dato grezzo al risultato finale».
Per saperne di più:
- Visita la pagina di Starfinder su GitLab
- Leggi su Proceedings of the Spie l’articolo “Starfinder2: a software package for identification and analysis of point-like sources in adaptive optics images with spatially variable Psf” di Laura Schreiber, Emiliano Diolaiti, Olivier Beltramo-Martin, Giuliana Fiorentino
- Leggi su Astronomy and Astrophysics Supplement l’articolo “Analysis of isoplanatic high resolution stellar fields by the StarFinder code” di E. Diolaiti, O. Bendinelli, D. Bonaccini, L. Close, D. Currie, G. Parmeggiani