أداة سريعة وتفاعلية قائمة على الويب لتصور بيانات المسوحات الطيفية البانورامية

Ivan Katkov,1,2 Damir Gasymov,2,3 Joseph D. Gelfand,1 Viktoria Toptun,2,3 Kirill Grishin,2 Igor Chilingarian4,2 Anastasia Kasparova,2 Vladislav Klochkov2,3 Evgenii Rubtsov,2,3 Vladimir Goradzhanov2,3
الملخص

تُعد مطيافية IFU البانورامية أداة محورية في علم الفلك الرصدي الحديث، وهي ذات أهمية خاصة لفيزياء المجرات. وقد أُصدرت مؤخرًا عدة مسوحات IFU ضخمة، مثل SDSS MaNGA (10k هدف)، وSAMI (3k هدف)، وCalifa (600 جرم)، وAtlas3D (260 جرم)، وأُتيحت علنًا للمجتمع الفلكي الواسع. إن تعقيد نواتج البيانات المشتقة من المكعبات الطيفية وضخامتها يجعلان تصور مجموعة البيانات كاملةً أمرًا صعبًا، لكنه مع ذلك بالغ الأهمية وحاسم للمخرجات العلمية.

استنادًا إلى خبرتنا السابقة في تصور البيانات الطيفية والتصويرية التي بُنيت في إطار مشروعات مبادرة VOxAstro، نعمل الآن على تطوير خدمة ويب إلكترونية للتصور التفاعلي لمجموعات بيانات IFU الطيفية (ifu.voxastro.org). وستوفر خدمتنا أداة مريحة للوصول إلى المكعبات الطيفية من المسوحات المتاحة علنًا (MaNGA وSAMI وCalifa وAtlas3D) وتصورها، وكذلك نتائج نمذجتها وخرائط المعلمات المشتقة من المكعبات، مع تطبيق مفهوم العروض المترابطة. ونصف هنا المكونات الأساسية للخدمة ووظائفها، بما في ذلك تنفيذ REST API فوق خلفية Django+Postgres، فضلًا عن واجهة مستخدم سريعة وسريعة الاستجابة بُنيت باستخدام إطار Quasar الحديث المستند إلى Vue.js.

\aspSuppressVolSlug\resetcounters
\affil

1New York University Abu Dhabi, Abu Dhabi, United Arab Emirates; \emailivan.katkov@nyu.edu \affil2Sternberg Astronomical Institute, M.V. Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia \affil3Department of Physics, M.V. Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia \affil4Smithsonian Astrophysical Observatory, Cambridge, MA, USA

\paperauthor

Ivan Katkovivan.katkov@nyu.edu0000-0002-6425-6879New York University Abu DhabiCenter for Astro, Particle, and Planetary PhysicsAbu DhabiAbu Dhabi129188United Arab Emirates \paperauthorDamir Gasymovgasymov.df18@physics.msu.ru0000-0002-1750-2096M.V. Lomonosov Moscow State UniversitySternberg Astronomical InstituteMoscow119992Russia \paperauthorJoseph Gelfandjoseph.gelfand@nyu.edu0000-0003-4679-1058New York University Abu DhabiCenter for Astro, Particle, and Planetary PhysicsAbu DhabiAbu Dhabi129188United Arab Emirates \paperauthorViktoria Toptunvictoria.toptun@voxastro.org0000-0003-3599-3877M.V. Lomonosov Moscow State UniversitySternberg Astronomical InstituteMoscow119992Russia \paperauthorKirill Grishinkirillg6@gmail.com0000-0003-3255-7340M.V. Lomonosov Moscow State UniversitySternberg Astronomical InstituteMoscow119992Russia \paperauthorIgor Chilingarianigor.chilingarian@cfa.harvard.edu0000-0002-7924-3253Center for Astrophysics - Harvard and SmithsonianCambridge02138USA \paperauthorAnastasia Kasparovaanastasya.kasparova@gmail.com0000-0002-1091-5146M.V. Lomonosov Moscow State UniversitySternberg Astronomical InstituteMoscow119992Russia \paperauthorVladislav Klochkovvladislavk4481@gmail.com0000-0003-3095-8933M.V. Lomonosov Moscow State UniversityDepartment of PhysicsMoscow119991Russia \paperauthorEvgenii Rubtsovrubtsov602@gmail.com0000-0001-8427-0240Sternberg Astronomical Institute, Lomonosov Moscow State UniversityMoscow119234Russia \paperauthorVladimir Goradzhanovgoradzhanov.vs17@physics.msu.ru0000-0002-2550-2520Sternberg Astronomical Institute, Lomonosov Moscow State UniversityMoscow119234Russia

1 مقدمة

توفر المسوحات الطيفية الضخمة للمجرات معلومات شديدة الأهمية لدراسة تطور المجرات، مثل حركيات النجوم والغاز المتأين، وتاريخ تشكل النجوم المنطبع في خصائص التجمعات النجمية. وتُعد مطيافية المجال المتكامل (IFS) تقنية رصدية قوية تتيح قياسات ذات دقة مكانية لخصائص المجرات.

نقدم هنا خدمة ويب إلكترونية (يُشار إليها فيما يلي باسم IFU Visualiser) للتصور التفاعلي لمجموعات بيانات IFU الطيفية (https://ifu.voxastro.org)، موفرةً أداة مريحة للوصول إلى المكعبات الطيفية من المسوحات المتاحة علنًا (MaNGA وSAMI وCalifa وAtlas3D) وتصورها. وقد استُلهمت الخدمة من نموذجنا الأولي الأول http://manga.voxastro.org ومن تطبيق Marvin الرسمي على الويب الذي أصدره فريق MaNGA (Cherinka et al., 2019).

2 مجموعات البيانات ووظائف الخدمة

حتى تاريخه (نوفمبر 2021)، يضم IFU Visualiser بيانات واردة من مسح SDSS DR16 MaNGA (Bundy et al., 2015)، وSAMI DR3 (Croom et al., 2012)، وCalifa DR3 (Sánchez et al., 2012)، وAtlas3D (Cappellari et al., 2011). يبين الجدول 2 حجم مجموعات البيانات المتاحة في خدمة IFU Visualiser والمطابقة التقاطعية بين المسوحات.

Table 1: مجموعات بيانات IFU Visualiser
\tableline MaNGA DR17 MaNGA DR16 SAMI Califa Atlas3D
\tableline MaNGA DR17 11236 4824 106 40 0
MaNGA DR16 4824 4824 15 20 0
SAMI 106 15 3426 1 1
Califa 40 20 1 667 23
Atlas3D 0 0 1 23 260
\tableline

يرث IFU Visualiser إلى حد كبير البنية العامة والوظائف الخاصة بمشروع آخر من مشروعات VOxAstro، وهو RCSEDv2 (Chilingarian et al., 2017; Toptun, 2021; Klochkov, 2021). وباختصار، يوفر IFU Visualiser مكونين رئيسيين: أداة بحث عن المكعبات الطيفية وعارضًا تفاعليًا للمكعبات المنفردة وللخرائط ثنائية الأبعاد للمعلمات المستخرجة من الأطياف. ويُشرح بناء جملة لغة الاستعلام في صفحة التوثيق https://ifu.voxastro.org/docs حيث يمكن العثور على أمثلة عدة لاستعلامات البحث. ويوضح الشكل LABEL:fig1_sp_viewer لقطة شاشة لصفحة المكعب المنفرد.

\articlefigure

O3-005_f1fig1_sp_viewer مثال لصفحة منفردة لمكعب MaNGA الطيفي (معرّف المكعب: 4295) تُظهر المجرة GMP 4188 منخفضة الكتلة ومرحلة ما بعد الانفجار النجمي في عنقود Coma، والتي ستتطور تطورًا خاملًا إلى مجرة فائقة الانتشار (Grishin et al., 2021).

3 التنفيذ

تتاح كل الشيفرة، بما في ذلك الخلفية والواجهة الأمامية والسكربتات اللازمة لتجميع جداول الإدخال لقاعدة البيانات، في مستودع GitHub.11 1 https://github.com/voxastro/ifu-visualiser

3.1 الخلفية

تُستخدم PostgreSQL لإدارة الوصول إلى الجداول الرئيسية والجداول المرتبطة. ويحتوي جدول المكعبات الطيفية الرئيسي على معلومات أساسية مثل معرّف المكعب، والإحداثيات، وتغطية مجال الرؤية، ومعرّفات المسح اللازمة لربط الجداول ذات الصلة بأي مكعب معطى. وتؤخذ الجداول المرتبطة من المسح المقابل، وتحتوي على معلومات شديدة التنوع عن المكعبات وكذلك عن المجرات. اخترنا PostgreSQL قاعدةَ بيانات خلفية لسببين: i) دعم الاستعلامات الهندسية بفضل امتدادي q3c (Koposov & Bartunov, 2006) وpgSphere (Chilingarian et al., 2004)؛ وii) التوافق الطبيعي مع خدمات VO (الوصول عبر TAP وSSAP) باستخدام GAVO DaCHS (Demleitner, 2018)، وهو ما نخطط لإضافته قريبًا إلى IFU Visualiser. ويُستخدم إطار Django REST Framework (DRF) الشهير المستند إلى Python22 2 https://www.django-rest-framework.org/ فوق قاعدة بيانات PostgreSQL لتوفير نقاط نهاية API. وبالإضافة إلى الشعبية الكبيرة لـ Django، واتساع مجتمعه، وتميز توثيقه، فإن سببًا حاسمًا لاستخدام هذا الإطار يتمثل في وفرة المكونات الجاهزة. ومن بينها django-custom-query،33 3 https://github.com/ivan-katkov/django-custom-query المصممة لإنشاء استعلامات مبسطة، لكنها مع ذلك قوية جدًا وشبيهة بـ SQL (مثل survey=sami OR atlas_name~4551). وقد عدلنا أيضًا المكتبة الأصلية ودمجنا استعلامات البحث المخروطي بالإحداثيات باستخدام دالة q3c ‏q3c_radial_query() (مثل cone(195, 28, 0.5)). درسنا أيضًا استخدام نقطة نهاية GraphQL44 4 https://graphql.org/ لتوفير الوصول إلى البيانات، لكننا وجدنا، بعد اختبارات أداء بسيطة باستخدام مكتبة Graphene-Django55 5 https://docs.graphene-python.org/projects/django/en/latest/، أن DRF يوفر زمن استجابة أسرع بعدة مرات إجمالًا. وتكمن مشكلة أخرى في استخدام GraphQL في جهة الواجهة الأمامية: فالبساطة الظاهرية لاستخدامه، مثلًا مع عميل Apollo66 6 https://apollo.vuejs.org/، تُبقي مشكلات محتملة في إدارة الحالة العامة للتطبيق. ويمكن استخدام عميل Apollo مديرًا للحالة، لكننا نستخدم مدير الحالة القياسي Vuex لتطبيقات Vue.js. ويؤدي استخدام الخيارين معًا إلى مشكلة "مصدرين للحقيقة". أما الانتقال الكامل إلى Apollo فيتطلب كتابة مقاطع برمجية متكلفة والتخلي عن أدوات اختبار المتصفح غير المتاحة بعد لعميل Apollo.

3.2 الواجهة الأمامية

استخدمنا إطار الواجهة الأمامية Quasar77 7 https://quasar.dev/ المستند إلى Vue.js، وهو يوفر بنية تحتية ممتازة ومجموعة كبيرة من مكونات Vue المبنية وفق إرشادات Material Design. ولدى Vue.js وإطار Quasar عتبة دخول منخفضة جدًا، ويتيحان إنشاء واجهات مستخدم عالية التفاعلية بمهارات محدودة جدًا في JavaScript. وبالإضافة إلى مكتبة مكونات Quasar، استخدمنا Aladin Lite للتصوير ومكتبة Plotly.js88 8 https://plotly.com/javascript/ لإنشاء مخططات طيفية تفاعلية وخرائط للمعلمات.

4 خطوات التطوير التالية

حتى تاريخه (نوفمبر 2021)، لم يُطوَّر إلا جزء صغير من الوظائف المخطط لها في IFU Visualiser. وستكون الخطوات الرئيسية التالية لمزيد من التطوير كما يلي:

  1. 1.

    فيما يتعلق بتطوير واجهة المستخدم، سنحسن صفحة المكعب الطيفي وننفذ تفاعلًا أكثر مرونة مع الأطياف وخرائط المعلمات. وستكون الوظائف مشابهة لما بنيناه في إطار نموذجنا الأولي الأول لخدمة من هذا النوع https://manga.voxastro.org/، والذي أُنشئ بتقنيات أخرى ولا يستخدم إلا بيانات MaNGA.

  2. 2.

    نخطط أيضًا لإضافة معلمات أساسية موحدة للمجرات، مثل الكتل واللمعاني وأنصاف الأقطار الفعالة والألوان، لجميع المجرات المتاحة في IFU Visualiser.

  3. 3.

    وتتمثل مرحلة مهمة أخرى في تحليل المجموعة الكاملة من المكعبات الطيفية لضمان مجموعة متجانسة من نواتج البيانات المستخرجة من المكعبات باستخدام تقنية الملاءمة الطيفية الكاملة NBursts، على غرار ما نفعله في مشروع RCSED2 لكن لبيانات IFU.

شكر وتقدير. يحظى هذا المشروع بدعم من منحة مؤسسة العلوم الروسية 21-72-00036. كما يشكر المؤلفون المدرسة العلمية والتعليمية متعددة التخصصات في جامعة موسكو “أبحاث الفضاء الأساسية والتطبيقية”. ويعرب DG وKG وVT وEG أيضًا عن شكرهم للجنة المنظمة لـ ADASS XXXI على تقديم الدعم المالي.

References

  • Bundy et al. (2015) Bundy, K., et al. 2015, \apj, 798, 7. 1412.1482
  • Cappellari et al. (2011) Cappellari, M., et al. 2011, \mnras, 413, 813. 1012.1551
  • Cherinka et al. (2019) Cherinka, B., et al. 2019, \aj, 158, 74. 1812.03833
  • Chilingarian et al. (2004) Chilingarian, I., et al. 2004, in Astronomical Data Analysis Software and Systems (ADASS) XIII, edited by F. Ochsenbein, M. G. Allen, & D. Egret, vol. 314 of Astronomical Society of the Pacific Conference Series, 225
  • Chilingarian et al. (2017) Chilingarian, I. V., et al. 2017, \apjs, 228, 14. 1612.02047
  • Croom et al. (2012) Croom, S. M., et al. 2012, \mnras, 421, 872. 1112.3367
  • Demleitner (2018) Demleitner, M. 2018, DaCHS: Data Center Helper Suite. 1804.005
  • Grishin et al. (2021) Grishin, K. A., et al. 2021, Nature Astronomy. 2111.01140
  • Klochkov (2021) Klochkov, V. 2021, in ADASS XXX, edited by J.-E. Ruiz, & F. Pierfederici (San Francisco: ASP), vol. TBD of ASP Conf. Ser., 999 TBD
  • Koposov & Bartunov (2006) Koposov, S., & Bartunov, O. 2006, in Astronomical Data Analysis Software and Systems XV, edited by C. Gabriel, C. Arviset, D. Ponz, & S. Enrique, vol. 351 of Astronomical Society of the Pacific Conference Series, 735
  • Sánchez et al. (2012) Sánchez, S. F., et al. 2012, \aap, 538, A8. 1111.0962
  • Toptun (2021) Toptun, V. 2021, in ADASS XXX, edited by J.-E. Ruiz, & F. Pierfederici (San Francisco: ASP), vol. TBD of ASP Conf. Ser., 999 TBD