Euclid-systeem koppelt Rubin-waarschuwingen voor detectie van supernovae

Het tijdperk van de "Big Data"-astronomie breekt aan met de naderende activering van het Vera C. Rubin Observatory, dat naar verwachting elke nacht een verbijsterende 10 miljoen transiënte alerts zal genereren. Om deze stroom aan informatie te beheren, hebben onderzoekers, waaronder Y. Wang, A. A. Nucita en J. -C. Cuillandre, een prototype van een geautomatiseerd systeem ontwikkeld dat ontworpen is om deze vanaf de grond waargenomen alerts te koppelen aan hogeresolutie-observaties van de Euclid Space Telescope. Deze integratie maakt het mogelijk om een supernova en andere transiënte verschijnselen te identificeren dagen voordat faciliteiten op de grond de eerste lichtflits kunnen detecteren, waardoor de periode voor het begrijpen van vroege stellaire explosies aanzienlijk wordt verkleind.

Wat is het geautomatiseerde Euclid-systeem voor het matchen van Rubin-transiënten-alerts?

Het geautomatiseerde Euclid-systeem is een geavanceerde softwarepijplijn die is ontworpen om real-time transiënte alerts van het Vera C. Rubin Observatory te synchroniseren met op de ruimte gebaseerde survey-data van de Euclid-missie. Door deze datastromen te matchen, biedt het systeem onderzoekers gecombineerde lichtcurven en hogeresolutie-beelduitsneden die variëren van zichtbare tot nabij-infrarode golflengten. Deze benadering vanuit een dubbel perspectief maakt de vroege identificatie van kosmische gebeurtenissen, zoals een supernova, mogelijk door gebruik te maken van de superieure gevoeligheid van Euclid in het nabij-infrarode spectrum.

Het automatiseren van het cross-matching-proces is een logistieke noodzaak voor de moderne tijddomeinastronomie. De Legacy Survey of Space and Time (LSST) van het Rubin Observatory zal ugrizy-filters gebruiken om de zuidelijke hemel te scannen en miljoenen bewegende of veranderende objecten te identificeren. Zonder een geautomatiseerde brug naar ruimtegebaseerde instrumenten zoals Euclid zou veel van de contextuele data — zoals de exacte omgeving van het gaststelsel of de infraroodsignalen van de voorloper — verloren gaan in het enorme volume aan nachtelijke alerts. Het prototypesysteem zorgt ervoor dat telkens wanneer een transiënt verschijnt in een veld dat Euclid heeft geobserveerd, de data onmiddellijk worden samengevoegd.

Hoe vult de wide-field survey van Euclid de ugrizy-filters van Rubin aan?

De wide-field survey van Euclid vult de optische filters van Rubin aan door hogeresolutiebeeldvorming in het nabij-infrarood (NIR) en de VIS-band te bieden, iets wat telescopen op de grond niet kunnen bereiken vanwege atmosferische interferentie. Terwijl Rubin veranderingen in zichtbaar licht volgt via zes filters, voegt Euclid diepe infraroodfotometrie en beelden met een resolutie van 0,1 boogseconde toe. Deze synergie is cruciaal voor het corrigeren van differentiële chromatische refractie en het verbeteren van de nauwkeurigheid van fotometrische roodverschuivingsschattingen voor gaststelsels van transiënten.

De combinatie van deze twee grootmachten creëert een "vingerafdruk" op meerdere golflengten voor elke gedetecteerde gebeurtenis. Terwijl Rubin de temporele data met hoge cadans levert die nodig zijn om de toenemende helderheid van een supernova te volgen, biedt Euclid de structurele details van de omliggende kosmische buurt. Concreet merkten de onderzoekers op dat het Visible (VIS) instrument en de Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP) van Euclid een basislijn van "rusttoestanden" of detecties in een vroeg stadium bieden die optische instrumenten op de grond, gehinderd door de aardatmosfeer, simpelweg niet kunnen oplossen tijdens de eerste uren van een explosie.

• Verhoogde gevoeligheid: Euclid detecteert zwakke infraroodsignalen die vaak de eerste indicatoren zijn van stellaire catastrofes.
• Atmosferische correctie: Ruimtegebaseerde data bieden een "schoon" referentiepunt om observaties vanaf de grond, die worden beïnvloed door het weer en de luchtmassa, te kalibreren.
• Context van het gaststelsel: De hoge resolutie van Euclid zorgt voor een betere scheiding van een transiënt van de kern van zijn gaststelsel, wat de meetprecisie verbetert.

Waarom worden alerts van de Zwicky Transient Facility gebruikt als proxy voor Rubin?

Onderzoekers gebruikten de Zwicky Transient Facility (ZTF) als proxy omdat deze momenteel een grote stroom aan echte transiënte data levert die de logica van de komende Rubin-alerts nabootst. Aangezien het Rubin Observatory nog niet volledig operationeel is, dient ZTF als de ideale testomgeving om de geautomatiseerde matching-pijplijn te valideren. Dit stelt het team in staat om algoritmen voor fotometrische matching en beeldafgetrekking te verfijnen met behulp van bestaande live datastromen van het Palomar Observatory.

Het testen van het systeem met ZTF-data heeft al aanzienlijke wetenschappelijke resultaten opgeleverd, wat bewijst dat de pijplijn de hoge datasnelheid aankan die vereist is voor moderne surveys. Door ZTF-alerts te verwerken via het Euclid-matchingsysteem, demonstreerde het team het vermogen om gezamenlijke lichtcurven te produceren die zichtbaar licht vanaf de grond combineren met ruimtegebaseerde data. Deze validatiefase is essentieel om ervoor te zorgen dat wanneer Rubin aan zijn 10-jarige survey begint, de infrastructuur om de 10 miljoen nachtelijke alerts te verwerken al uitvoerig is getest en efficiënt werkt.

Vroege detectie: Het geval van SN 2024pvw

Een van de meest overtuigende successen van dit prototypesysteem was de detectie van SN 2024pvw, een supernova die door Euclid ongeveer drie dagen voordat deze door faciliteiten op de grond werd gemeld, werd vastgelegd. Deze data uit de vroege fase zijn ongelooflijk zeldzaam en wetenschappelijk waardevol, omdat ze de fysica van de initiële "schokdoorbraak" of de vroege afkoelingsfase van de explosie vastleggen. Door het exacte moment van de dood van een ster vast te stellen, kunnen astrofysici de grootte en samenstelling van de progenitor-ster met ongekende nauwkeurigheid modelleren.

De identificatie van SN 2024pvw onderstreept het potentieel voor "vroege waarschuwing" van de samenwerking tussen Euclid en Rubin. In dit geval identificeerde het geautomatiseerde systeem achteraf de transiënt in de deep-field observaties van Euclid, wat een datapunt van vóór de ontdekking opleverde dat telescopen op de grond misten vanwege hun minder diepe gevoeligheidslimieten. Door de gaten van de eerste 72 uur van de explosie op te vullen, biedt het systeem de "ontbrekende schakel" in de levenscyclus van de dood van sterren, wat de manier waarop we verschillende klassen supernovae categoriseren verandert.

Niet-detecties en metingen van de morfologie van gaststelsels

De waarde van het Euclid-systeem strekt zich zelfs uit tot gevallen waarin de telescoop een door Rubin gemelde transiënt niet detecteert. Een niet-detectie in de gevoelige infraroodbanden van Euclid levert een cruciale bovengrens op voor de helderheid van het object, wat theoretici helpt om bepaalde fysieke modellen uit te sluiten. Bijvoorbeeld, als een telescoop op de grond een heldere flits ziet maar Euclid ziet niets in het infrarood, suggereert dit dat de gebeurtenis mogelijk een specifiek type hoogenergetische uitbarsting is in plaats van een door stof omhulde stellaire ineenstorting.

Bovendien wordt de hogeresolutiebeeldvorming van Euclid gebruikt om de metingen van de morfologie van gaststelsels te verbeteren. Door het sterrenstelsel waar een supernova plaatsvindt in extreem detail te observeren, kunnen astronomen bepalen of de ster zich in een dicht stervormingsgebied of in een rustige buitenwijk van het stelsel bevond. Deze omgevingscontext is een primaire factor in het begrijpen van de diversiteit aan transiënte gebeurtenissen in het universum. Het prototypesysteem extraheert automatisch deze kenmerken van het gaststelsel, waardoor een kant-en-klare dataset ontstaat voor onderzoekers om de relatie tussen sterren en hun omgeving te analyseren.

De toekomst van de tijddomeinastronomie

Naarmate we het midden van de jaren 2020 naderen, zal de synergie tussen observatoria op de grond en in de ruimte de ruggengraat vormen van de tijddomeinastronomie. Het geautomatiseerde matchingsysteem ontwikkeld door Wang en collega's vertegenwoordigt een verschuiving van handmatige, gerichte observaties naar grootschalige, systematische datafusie. Deze aanpak zal naar verwachting leiden tot de ontdekking van zeldzame kosmische gebeurtenissen, zoals kilonovae (het samensmelten van neutronensterren) of "tidal disruption events", waarbij een zwart gat een passerende ster uiteenrijt.

De volgende stappen voor het onderzoeksteam omvatten het opschalen van het systeem om de volledige capaciteit van 10 miljoen alerts per nacht van de LSST aan te kunnen. Door de samenwerking tussen de Euclid-missie van de European Space Agency en het Rubin Observatory van de National Science Foundation te versterken, bouwt de astronomische gemeenschap aan een mondiaal — en orbitaal — net om de meest vluchtige en energetische gebeurtenissen in de kosmos op te vangen. Deze infrastructuur zorgt ervoor dat geen enkele flits aan de nachtelijke hemel, hoe kortstondig of ver weg ook, onopgemerkt of ongeanalyseerd blijft.