Il sistema Euclid incrocia le allerte di Rubin per scovare le supernove

L'alba dell'astronomia "Big Data" sta arrivando con l'imminente attivazione del Vera C. Rubin Observatory, che si prevede genererà l'incredibile cifra di 10 milioni di alert transienti ogni singola notte. Per gestire questo torrente di informazioni, un gruppo di ricercatori tra cui Y. Wang, A. A. Nucita e J. -C. Cuillandre ha sviluppato un prototipo di sistema automatizzato progettato per incrociare questi alert provenienti da terra con le osservazioni ad alta risoluzione del Telescopio spaziale Euclid. Questa integrazione consente l'identificazione di una supernova e di altri fenomeni transienti giorni prima che le strutture terrestri possano rilevare il lampo iniziale, restringendo significativamente la finestra temporale necessaria per comprendere le prime fasi delle esplosioni stellari.

Cos'è il sistema automatizzato di Euclid per il matching degli alert transienti di Rubin?

Il sistema automatizzato di Euclid è una sofisticata pipeline software progettata per sincronizzare in tempo reale gli alert transienti del Vera C. Rubin Observatory con i dati della survey spaziale della missione Euclid. Incrociando questi flussi di dati, il sistema fornisce ai ricercatori curve di luce combinate e ritagli di immagini ad alta risoluzione che spaziano dalle lunghezze d'onda del visibile a quelle del vicino infrarosso. Questo approccio a doppia prospettiva consente l'identificazione precoce di eventi cosmici, come una supernova, sfruttando la superiore sensibilità di Euclid nello spettro del vicino infrarosso.

Automatizzare il processo di cross-matching è una necessità logistica per la moderna astronomia nel dominio del tempo. La Legacy Survey of Space and Time (LSST) del Rubin Observatory utilizzerà i filtri ugrizy per scansionare il cielo australe, identificando milioni di oggetti in movimento o in mutamento. Senza un ponte automatizzato verso risorse spaziali come Euclid, gran parte dei dati contestuali — come l'ambiente preciso della galassia ospite o le firme infrarosse precursori — andrebbe persa nel vasto volume di alert notturni. Il prototipo del sistema garantisce che, ogni volta che un transiente appare in un campo osservato da Euclid, i dati vengano unificati immediatamente.

In che modo la survey a campo largo di Euclid integra i filtri ugrizy di Rubin?

La survey a campo largo di Euclid integra i filtri ottici di Rubin fornendo immagini ad alta risoluzione nel vicino infrarosso (NIR) e nella banda VIS che i telescopi terrestri non possono ottenere a causa dell'interferenza atmosferica. Mentre Rubin traccia i cambiamenti nella luce visibile attraverso sei filtri, Euclid aggiunge fotometria infrarossa profonda e immagini con una risoluzione di 0,1 secondi d'arco. Questa sinergia è fondamentale per correggere la rifrazione cromatica differenziale e migliorare l'accuratezza delle stime del redshift fotometrico per le galassie ospiti dei transienti.

La combinazione di queste due potenze crea un'"impronta digitale" multi-lunghezza d'onda per ogni evento rilevato. Mentre Rubin fornisce i dati temporali ad alta cadenza necessari per tracciare l'aumento di luminosità di una supernova, Euclid fornisce il dettaglio strutturale dell'ambiente cosmico circostante. Nello specifico, i ricercatori hanno notato che lo strumento Visible (VIS) di Euclid e il Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP) offrono un riferimento di stati di "quiete" o rilevamenti di esordio precoce che le ottiche terrestri, ostacolate dall'atmosfera terrestre, semplicemente non possono risolvere durante le prime ore di un'esplosione.

• Maggiore sensibilità: Euclid rileva deboli segnali infrarossi che spesso sono i primi indicatori di cataclismi stellari.
• Correzione atmosferica: I dati spaziali forniscono un punto di riferimento "pulito" per calibrare le osservazioni terrestri influenzate dal meteo e dalla massa d'aria.
• Contesto della galassia ospite: L'alta risoluzione di Euclid consente una migliore separazione di un transiente dal nucleo della sua galassia ospite, migliorando la precisione della misurazione.

Perché utilizzare gli alert della Zwicky Transient Facility come proxy per Rubin?

I ricercatori hanno utilizzato la Zwicky Transient Facility (ZTF) come proxy perché attualmente fornisce un flusso ad alto volume di dati transienti reali che imita la logica dei futuri alert di Rubin. Poiché il Rubin Observatory non è ancora in piena attività, la ZTF funge da banco di prova ideale per convalidare la pipeline di matching automatizzato. Ciò consente al team di perfezionare gli algoritmi per il matching fotometrico e la sottrazione di immagini utilizzando i flussi di dati live esistenti dell'Osservatorio di Palomar.

I test del sistema con i dati della ZTF hanno già prodotto risultati scientifici significativi, dimostrando che la pipeline è in grado di gestire l'elevata velocità di dati richiesta per le survey moderne. Elaborando gli alert della ZTF attraverso il sistema di matching di Euclid, il team ha dimostrato la capacità di produrre curve di luce congiunte che combinano la luce visibile da terra con i dati spaziali. Questa fase di validazione è essenziale per garantire che, quando Rubin inizierà la sua survey decennale, l'infrastruttura per elaborare i suoi 10 milioni di alert notturni sia già collaudata ed efficiente.

Rilevamento precoce: Il caso di SN 2024pvw

Uno dei successi più significativi di questo prototipo di sistema è stato il rilevamento di SN 2024pvw, una supernova che Euclid ha immortalato circa tre giorni prima che venisse segnalata dalle strutture a terra. Questi dati della fase iniziale sono incredibilmente rari e scientificamente preziosi, poiché catturano la fisica dell'iniziale "shock breakout" o della fase di raffreddamento precoce dell'esplosione. Definire il momento esatto della morte di una stella permette agli astrofisici di modellare le dimensioni e la composizione della stella progenitrice con un'accuratezza senza precedenti.

L'identificazione di SN 2024pvw evidenzia il potenziale di "allerta precoce" della partnership Euclid-Rubin. In questo caso, il sistema automatizzato ha identificato retrospettivamente il transiente nelle osservazioni del campo profondo di Euclid, fornendo un punto dati pre-scoperta che i telescopi terrestri avevano mancato a causa dei loro limiti di sensibilità meno profondi. Colmando le lacune delle prime 72 ore dell'esplosione, il sistema fornisce l'"anello mancante" nel ciclo vitale delle morti stellari, trasformando il modo in cui categorizziamo le diverse classi di supernovae.

Non-rilevazioni e misurazioni della morfologia ospite

Il valore del sistema Euclid si estende anche ai casi in cui il telescopio non rileva un transiente segnalato da Rubin. Una non-rilevazione nelle sensibili bande infrarosse di Euclid fornisce un limite superiore critico sulla luminosità dell'oggetto, aiutando i teorici a escludere determinati modelli fisici. Ad esempio, se un telescopio terrestre vede un lampo luminoso ma Euclid non vede nulla nell'infrarosso, ciò suggerisce che l'evento potrebbe essere un tipo specifico di burst ad alta energia piuttosto che un collasso stellare avvolto dalla polvere.

Inoltre, l'imaging ad alta risoluzione di Euclid viene utilizzato per migliorare le misurazioni della morfologia ospite. Osservando in estremo dettaglio la galassia in cui si verifica una supernova, gli astronomi possono determinare se la stella si trovava in una densa regione di formazione stellare o in una tranquilla periferia galattica. Questo contesto ambientale è un fattore primario per comprendere la diversità degli eventi transienti nell'universo. Il sistema prototipo estrae automaticamente queste caratteristiche della galassia ospite, fornendo un set di dati pronto all'uso per i ricercatori che intendono analizzare la relazione tra le stelle e i loro ambienti.

Il futuro dell'astronomia nel dominio del tempo

Mentre ci avviciniamo alla metà degli anni 2020, la sinergia tra osservatori terrestri e spaziali diventerà la spina dorsale dell'astronomia nel dominio del tempo. Il sistema di matching automatizzato sviluppato da Wang e colleghi rappresenta un passaggio dalle osservazioni manuali e mirate a una fusione di dati sistematica e su larga scala. Si prevede che questo approccio porterà alla scoperta di rari eventi cosmici, come le kilonove (la fusione di stelle di neutroni) o gli eventi di distruzione mareale, in cui un buco nero distrugge una stella di passaggio.

I prossimi passi per il team di ricerca prevedono l'adeguamento del sistema per gestire la capacità completa di 10 milioni di alert a notte della LSST. Rafforzando la collaborazione tra la missione Euclid dell'Agenzia Spaziale Europea e il Rubin Observatory della National Science Foundation, la comunità astronomica sta costruendo una rete globale — e orbitale — per catturare gli eventi più fugaci ed energetici del cosmo. Questa infrastruttura garantisce che nessun lampo nel cielo notturno, per quanto breve o distante, passi inosservato o non analizzato.