Le système Euclid recoupe les alertes de Rubin pour détecter des supernovas

L'ère de l'astronomie « Big Data » arrive avec l'activation imminente de l'Observatoire Vera C. Rubin, qui devrait générer le chiffre impressionnant de 10 millions d'alertes de phénomènes transitoires chaque nuit. Pour gérer ce torrent d'informations, des chercheurs, parmi lesquels Y. Wang, A. A. Nucita et J.-C. Cuillandre, ont mis au point un prototype de système automatisé conçu pour croiser ces alertes au sol avec les observations à haute résolution du télescope spatial Euclid. Cette intégration permet d'identifier une supernova et d'autres phénomènes transitoires plusieurs jours avant que les installations terrestres ne puissent détecter le flash initial, réduisant ainsi considérablement la fenêtre nécessaire pour comprendre les premières étapes des explosions stellaires.

Qu'est-ce que le système automatisé Euclid pour l'appariement des alertes de phénomènes transitoires de Rubin ?

Le système automatisé Euclid est un pipeline logiciel sophistiqué conçu pour synchroniser en temps réel les alertes de phénomènes transitoires de l'Observatoire Vera C. Rubin avec les données de relevés spatiaux de la mission Euclid. En faisant correspondre ces flux de données, le système fournit aux chercheurs des courbes de lumière combinées et des extraits d'images à haute résolution couvrant les longueurs d'onde du visible au proche infrarouge. Cette approche à double perspective permet l'identification précoce d'événements cosmiques, tels qu'une supernova, en tirant parti de la sensibilité supérieure d'Euclid dans le spectre du proche infrarouge.

L'automatisation du processus d'appariement est une nécessité logistique pour l'astronomie moderne du domaine temporel. Le Legacy Survey of Space and Time (LSST) de l'Observatoire Rubin utilisera des filtres ugrizy pour balayer le ciel austral, identifiant ainsi des millions d'objets en mouvement ou changeants. Sans une passerelle automatisée vers des actifs spatiaux comme Euclid, une grande partie des données contextuelles — telles que l'environnement précis de la galaxie hôte ou les signatures infrarouges précurseurs — serait perdue dans le volume massif d'alertes nocturnes. Le prototype du système garantit que chaque fois qu'un phénomène transitoire apparaît dans un champ observé par Euclid, les données sont immédiatement unifiées.

Comment le relevé à grand champ d'Euclid complète-t-il les filtres ugrizy de Rubin ?

Le relevé à grand champ d'Euclid complète les filtres optiques de Rubin en fournissant une imagerie haute résolution dans le proche infrarouge (NIR) et la bande VIS que les télescopes terrestres ne peuvent obtenir en raison des interférences atmosphériques. Tandis que Rubin suit les changements dans la lumière visible à travers six filtres, Euclid ajoute une photométrie infrarouge profonde et des images d'une résolution de 0,1 seconde d'arc. Cette synergie est cruciale pour corriger la réfraction chromatique différentielle et améliorer la précision des estimations du redécalage photométrique pour les galaxies hôtes des phénomènes transitoires.

La combinaison de ces deux puissances crée une « empreinte digitale » multi-longueur d'onde pour chaque événement détecté. Alors que Rubin fournit les données temporelles à haute cadence requises pour suivre l'augmentation de la luminosité d'une supernova, Euclid apporte les détails structurels du voisinage cosmique environnant. Plus précisément, les chercheurs ont noté que l'instrument Visible (VIS) et le spectromètre et photomètre en proche infrarouge (NISP) d'Euclid offrent une base de référence d'états « calmes » ou de détections précoces que les optiques terrestres, entravées par l'atmosphère terrestre, ne peuvent tout simplement pas résoudre durant les premières heures d'une explosion.

• Sensibilité accrue : Euclid détecte les faibles signaux infrarouges qui sont souvent les premiers indicateurs de cataclysmes stellaires.
• Correction atmosphérique : Les données spatiales fournissent un point de référence « propre » pour calibrer les observations au sol affectées par la météo et la masse d'air.
• Contexte de la galaxie hôte : La haute résolution d'Euclid permet de mieux séparer un phénomène transitoire du cœur de sa galaxie hôte, améliorant ainsi la précision des mesures.

Pourquoi utiliser les alertes de la Zwicky Transient Facility comme substitut à Rubin ?

Les chercheurs ont utilisé la Zwicky Transient Facility (ZTF) comme substitut car elle fournit actuellement un flux important de données réelles sur les phénomènes transitoires qui imite la logique des futures alertes de Rubin. L'Observatoire Rubin n'étant pas encore pleinement opérationnel, la ZTF sert de banc d'essai idéal pour valider le pipeline d'appariement automatisé. Cela permet à l'équipe d'affiner les algorithmes d'appariement photométrique et de soustraction d'images en utilisant les flux de données existants de l'Observatoire Palomar.

Les tests du système avec les données de la ZTF ont déjà produit des résultats scientifiques significatifs, prouvant que le pipeline peut gérer la grande vitesse de traitement des données requise par les relevés modernes. En traitant les alertes de la ZTF via le système d'appariement d'Euclid, l'équipe a démontré sa capacité à produire des courbes de lumière conjointes combinant la lumière visible terrestre et les données spatiales. Cette phase de validation est essentielle pour s'assurer que lorsque Rubin commencera son relevé de 10 ans, l'infrastructure nécessaire pour traiter ses 10 millions d'alertes nocturnes sera déjà éprouvée et efficace.

Détection précoce : le cas de SN 2024pvw

L'un des succès les plus probants de ce prototype de système a été la détection de SN 2024pvw, une supernova qu'Euclid a capturée environ trois jours avant qu'elle ne soit signalée par les installations terrestres. Ces données de phase précoce sont incroyablement rares et précieuses sur le plan scientifique, car elles saisissent la physique de la « percée du choc » initiale ou de la phase de refroidissement précoce de l'explosion. Déterminer le moment exact de la mort d'une étoile permet aux astrophysiciens de modéliser la taille et la composition de l'étoile progénitrice avec une précision sans précédent.

L'identification de SN 2024pvw souligne le potentiel d'« alerte précoce » du partenariat Euclid-Rubin. Dans ce cas, le système automatisé a identifié rétrospectivement le phénomène transitoire dans les observations en champ profond d'Euclid, fournissant un point de données avant découverte que les télescopes terrestres avaient manqué en raison de leurs limites de sensibilité plus faibles. En comblant les lacunes des premières 72 heures de l'explosion, le système fournit le « chaînon manquant » dans le cycle de vie des morts stellaires, transformant la manière dont nous classons les différentes catégories de supernovae.

Non-détections et mesures de la morphologie de l'hôte

La valeur du système Euclid s'étend même aux cas où le télescope ne détecte pas un phénomène transitoire signalé par Rubin. Une non-détection dans les bandes infrarouges sensibles d'Euclid fournit une limite supérieure critique sur la luminosité de l'objet, ce qui aide les théoriciens à écarter certains modèles physiques. Par exemple, si un télescope terrestre voit un flash brillant mais qu'Euclid ne voit rien dans l'infrarouge, cela suggère que l'événement pourrait être un type spécifique de sursaut de haute énergie plutôt qu'un effondrement stellaire obscurci par la poussière.

De plus, l'imagerie haute résolution d'Euclid est utilisée pour améliorer les mesures de la morphologie de l'hôte. En observant la galaxie où se produit une supernova avec un niveau de détail extrême, les astronomes peuvent déterminer si l'étoile était située dans une région dense de formation d'étoiles ou dans une banlieue galactique tranquille. Ce contexte environnemental est un facteur primordial pour comprendre la diversité des événements transitoires à travers l'univers. Le système prototype extrait automatiquement ces caractéristiques de la galaxie hôte, fournissant un ensemble de données prêt à l'emploi pour que les chercheurs analysent la relation entre les étoiles et leur environnement.

L'avenir de l'astronomie du domaine temporel

À l'approche du milieu des années 2020, la synergie entre les observatoires terrestres et spatiaux deviendra l'épine dorsale de l'astronomie du domaine temporel. Le système d'appariement automatisé développé par Wang et ses collègues représente un passage d'observations manuelles et ciblées à une fusion de données systématique et à grande échelle. Cette approche devrait mener à la découverte d'événements cosmiques rares, tels que des kilonovae (la fusion d'étoiles à neutrons) ou des événements de rupture par effet de marée, où un trou noir déchiquette une étoile qui passe à proximité.

Les prochaines étapes pour l'équipe de recherche consistent à mettre le système à l'échelle pour gérer la capacité totale de 10 millions d'alertes par nuit du LSST. En renforçant la collaboration entre la mission Euclid de l'Agence spatiale européenne et l'Observatoire Rubin de la National Science Foundation, la communauté astronomique construit un filet global — et orbital — pour capturer les événements les plus fugaces et les plus énergétiques du cosmos. Cette infrastructure garantit qu'aucun flash dans le ciel nocturne, aussi bref ou lointain soit-il, ne reste non enregistré ou non analysé.