Zwicky Transient Facility fanger flere supernovaer om natten

Resultaterne ruller ind fra Caltechs nyeste avancerede kamera til himmelmåling, som begyndte driften ved Palomar Observatory i marts 2018. Kaldet Zwicky Transient Facility, eller ZTF, det nye instrument har indtil videre opdaget 50 små jordnære asteroider og mere end 1, 100 supernovaer, og den har observeret mere end 1 milliard stjerner i Mælkevejen. En af de jordnære asteroider opdaget af ZTF, kaldet 2019 AQ3, har en omløbsperiode på kun 165 dage, det korteste kendte "år" for enhver asteroide.

"Det er et overflødighedshorn af resultater, " siger Shri Kulkarni, ZTF's hovedforsker og George Ellery Hale-professoren i astronomi og planetarisk videnskab ved Caltech. For nylig, flere nye artikler om tidlige resultater og tekniske specifikationer for ZTF blev accepteret til offentliggørelse i tidsskriftet Publikationer fra Astronomical Society of the Pacific . "Vi er i gang og leverer data til det astronomiske samfund. Astronomer er energiske."

ZTF bruger det 48-tommer Samuel Oschin-teleskop ved Palomar til at undersøge den nordlige himmel for alt, der eksploderer, flytter sig, eller ændringer i lysstyrken. Fordi ZTF-kameraet dækker 240 gange størrelsen af ​​fuldmånen i et enkelt nattehimmelbillede, det er at opdage det mest flygtige, eller kortvarig, af kosmiske begivenheder, som var umulige at fange før nu.

"ZTF undersøger hele den nordlige himmel hver tredje nat, " siger Kulkarni. "Den opdager allerede et par supernovaer om natten, og vi forventer, at kursen vil stige."

Omkostningerne til at udvikle og drive ZTF er omkring $24 millioner, med omkring 11 millioner dollars af finansieringen, der kommer fra den amerikanske regering via National Science Foundation (NSF), og resten kommer fra et internationalt samarbejde af partnere. Yderligere støtte kommer fra Heising-Simons Foundation, sammen med Caltech selv.

"Starten af ​​rutineoperationer af ZTF markerer en ny æra i vores evne til at fange de natlige og timelige ændringer, der sker i universet, " siger Anne Kinney, NSF assisterende direktør for matematiske og fysiske videnskaber. "De optager nu hændelser i realtid fra fjerne supernovaer til nærliggende asteroider og er klar til at opdage de voldsomme fusioner og eksplosioner, der genererer gravitationsbølgebegivenheder."

Fordi næsten halvdelen af ​​ZTF betales af den amerikanske regering, næsten halvdelen af ​​dets observationer deles offentligt i næsten realtid med astronomisamfundet. Når man varierer, eller forbigående, objekter opdages, et automatisk alarmsystem er aktiveret, sende beskeder ud til astronomer, som derefter hurtigt følger op på bemærkelsesværdige objekter af interesse ved hjælp af andre teleskoper, inklusive 60-tommer og 200-tommer Hale-teleskoper på Palomar. Et NSF-finansieret program kaldet GROWTH, med 18 internationale observatorier på den nordlige halvkugle, følger også op på ZTF-advarslerne.

Alle data fra ZTF-kameraet sendes via et mikrobølgenetværk administreret af UC San Diego til IPAC, et astronomicenter hos Caltech, der behandler og arkiverer op til 4 terabyte data hver nat. "Dette er første gang IPAC har genereret real-time alarmer fra en undersøgelse, og første gang en undersøgelse har offentliggjort op til hundredtusindvis af alarmer pr. nat, " siger George Helou, ZTF co-investigator og administrerende direktør for IPAC. Ultimativt, de detaljerede data stilles også til rådighed for astronomer over hele verden gennem IPAC.

"Det tager kun 10 til 20 minutter fra det tidspunkt, der foretages en forbigående observation, til det tidspunkt, hvor alarmen går ud, " siger Matthew Graham, ZTF-projektforskeren ved Caltech. Graham har specialiseret sig i "big data, " og specifikt hvordan man håndterer og behandler store strømme af astronomiske data. "Det er som at drive en stor nyhedsredaktion. Vi har aldrig opereret i denne skala før, og håndtering af alle data er noget af en bedrift, " han siger.

Opdagelser fra ZTF omfatter indtil videre ikke kun nye supernovaer, binære stjerner, og asteroider, men to sorte huller fangede makulerende stjerner. Mens stjerner vandrer for tæt på sorte huller, de kan "tidevandsforstyrres" af det sorte huls tyngdekraft og strækkes ind i glemslen. Graham siger, at han og holdet, der arbejder på data om tidevandsafbrydelse, ledet af Suvi Gezari fra University of Maryland, blev træt af at henvise til de tekniske navne på genstandene, bestående af lange rækker af tal. "Vi besluttede at kalde dem Ned Stark og Jon Snow, efter Game of Thrones karakterer, " han siger.

ZTF fangede også to jordnære asteroider, 2018 NX og 2018 NW, der lynede af Jorden i afstande på kun 72, 000 miles og 76, 000 miles væk, henholdsvis, eller cirka en tredjedel af afstanden mellem Jorden og månen. Disse opdagelser blev muliggjort af det NSF-finansierede GROWTH-program.

Den 4. januar 2019, ZTF fangede den jordnære asteroide 2019 AQ3. "Dette er en af ​​de største asteroider med en bane helt inden for Jordens kredsløb - en meget sjælden art, " siger Quanzhi Ye, en postdoktor ved IPAC, der først opdagede asteroiden i ZTF-dataene.

Tom Prins, en af ​​medforskerne i ZTF og Ira S. Bowen professor i fysik ved Caltech, siger, at instrumentet er særligt dygtigt til at identificere nye gravitationsbølgekilder - især, par kompakte stjerner som hvide dværge - det vil blive observeret med fremtidige rumbaserede gravitationsbølgedetektorer.

"Fordi vi dækker så meget himmel så ofte, vi kan finde disse sjældne eksotiske binære systemer, der indeholder to hvide dværgstjerner, hver på størrelse med Jorden, men omkring halvdelen af ​​vores sols masse. Deres baner forventes at blive mindre og mindre på grund af tab af energi på grund af gravitationsbølger."

ZTF lægger også grunden til det fremtidige NSF-finansierede Large Synoptic Survey Telescope (LSST), hvilket vil, i hver eksponering, scan et rumfang af himlen 13 gange større end det, der er scannet af ZTF. LSST er planlagt til at begynde driften i 2022.

"De samme varslingsteknikker, som ZTF udvikler for internationale netværk af observatorier til at følge op på sine resultater, vil blive anvendt på LSST, når den deltager i eftersøgningen, " siger Kinney.

De nyeste ZTF-papirer er:"The Zwicky Transient Facility:System Overview, Ydeevne, og første resultater, " ledet af Eric Bellm fra University of Washington; "The Zwicky Transient Facility:Science Objectives, " ledet af Graham; "The Zwicky Transient Facility:Data Processing, Produkter, og Arkiv, " ledet af Frank Masci fra IPAC; "Machine Learning for ZTF, " ledet af Ashish Mahabal fra Caltech; "Zwicky Transient Facility Alert Distribution System, " ledet af Maria Patterson fra University of Washington; "Growth Marshal:A Dynamic Science Portal for Time-domain Astronomy, " ledet af Mansi Kasliwal fra Caltech; og "En morfologisk klassifikationsmodel til at identificere uløste PanSTARRS-kilder:Anvendelse i ZTF Real-Time Pipeline, " ledet af Yutaro Tachibana fra Tokyo Institute of Technology og Caltech og Adam Miller fra Northwestern University og Adler Planetarium.