Zwicky Transient Facility ser det første lys

Et nyt robotkamera med evnen til at fange hundredtusindvis af stjerner og galakser i et enkelt billede har taget sit første billede af himlen - en begivenhed, astronomer omtaler som "første lys". Kameraet er midtpunktet i et nyt automatiseret himmelundersøgelsesprojekt kaldet Zwicky Transient Facility (ZTF), baseret på Caltechs Palomar Observatory nær San Diego, Californien.

Som partnere i ZTF-indsatsen, University of Maryland astronomer ydede vigtige bidrag til planlægningen og udformningen af ​​undersøgelsesprojektet. UMDs deltagelse i ZTF er faciliteret af Joint Space-Science Institute, et partnerskab mellem UMD og NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Hver nat, ZTFs kamera vil scanne et stort skår af den nordlige himmel, opdager genstande og begivenheder, der varierer i lysstyrke over tid, samlet kendt som transienter. Undersøgelsesmål vil omfatte eksplosive supernovaer, sultne sorte huller, og styrtende asteroider og kometer.

"ZTF-undersøgelsen vil være transformativ for studiet af supermassive sorte huller, der fester på stjerner i galaksernes centre, " sagde Suvi Gezari, en assisterende professor i astronomi ved UMD og en fellow fra Joint Space-Science Institute, hvis forskning fokuserer på tidsdomæneastronomi. "Timingen af ​​disse begivenheder, kendt som tidevandsforstyrrelser, kan bruges til at begrænse massen og spin af sorte huller. Data fra ZTF kan også tilbyde en sjælden, et realtids glimt af dannelsen af ​​en tilvækstskive - og muligvis relativistiske jetfly - omkring et supermassivt sort hul."

Fra 2009 til 2017, ZTFs forgænger, Palomar Transient Factory (PTF), fangede blinken og blussen af ​​forbigående genstande på himlen. Projektet udnyttede Palomar-observatoriets tre teleskoper - det automatiserede 48-tommer Samuel Oschin-teleskop, det automatiserede 60-tommer-teleskop og 200-tommer Hale-teleskopet.

Under PTFs undersøgelser, Oschin-teleskopet fungerede som opdagelsesmotor, så fulgte 60-tommer teleskopet op på målene, indsamle oplysninger om deres identitet. Derfra, astronomer brugte enten Hale-teleskopet, W.M. Keck Observatory på Hawaii, eller Discovery Channel Telescope i Arizona for at zoome ind på de forskellige kosmiske fænomener, der opliver vores nattehimmel.

ZTF-undersøgelsen er den kraftfulde efterfølger til PTF. Det er opkaldt efter Caltechs første astrofysiker, Fritz Zwicky, som opdagede 120 supernovaer i sin levetid. For nylig installeret ved Oschin-teleskopet, ZTFs nye opmålingskamera kan optage syv gange mere himmel på et enkelt billede end dets forgænger. Ved maksimal opløsning, hvert ZTF-kamerabillede er 24, 000 gange 24, 000 pixels — så store, at billederne er svære at vise på en normal computerskærm.

Derudover ZTF's opgraderede elektronik og teleskopdrev systemer gør det muligt for kameraet at tage mere end dobbelt så mange eksponeringer hver nat. Astronomer vil ikke kun være i stand til at opdage mere forbigående objekter, de vil også være i stand til at fange mere flygtige træk, der vises og falmer hurtigt.

"Der sker en masse aktivitet på vores nattehimmel, " sagde Shrinivas (Shri) Kulkarni, hovedefterforskeren for ZTF og George Ellery Hale professor i astronomi og planetarisk videnskab ved Caltech. "Faktisk, hvert sekund, et sted i universet, der er en supernova, der eksploderer. Selvfølgelig, vi kan ikke se dem alle, men med ZTF vil vi se op til titusindvis af eksplosive transienter hvert år i løbet af projektets treårige levetid."

Billeder fra ZTF vil blive justeret, renset og kalibreret ved IPAC, Caltechs astronomi og datacenter. Software vil søge i strømmen af ​​ZTF-data efter lyskilder – især dem, der ændrer sig eller flytter sig. Disse data vil blive offentliggjort for hele astronomisamfundet for både forskning og uddannelse.

"Data fra ZTF giver en rigtig god mulighed for studerende her på UMD, fordi store undersøgelsesprogrammer som ZTF vil spille en stor rolle i astronomiens fremtid, " sagde Melissa Hayes-Gehrke, en hovedlektor og bachelordirektør i astronomi ved UMD. Hayes-Gehrke har ledet indsatsen for at udvikle undervisningsmateriale, der gør brug af data fra PTF og ZTF. "Det er fantastisk at få studerende ind i stueetagen. Astronomer vil udvinde disse data i de kommende år, så dette er et vigtigt skridt for at hjælpe med at forberede eleverne til en karriere inden for forskning."

ZTFs nye første-lys-billede er en forsmag på, hvad der kommer. Det viser billedernes store skala og fremhæver den turbulente stjernedannende tåge kendt som Orion.

Astronomer er begejstrede for de uventede resultater, som ZTF sandsynligvis vil give. En af PTFs største opdagelser kom i 2011, da den fangede en supernova, opkaldt PTF11kly, få timer efter det eksploderede. ZTF-undersøgelsen vil yderligere udvide astronomernes viden om et væld af kosmiske objekter, herunder unge supernovaer, planeter omkring unge stjerner, eksotiske binære stjernesystemer og jordnære kometer og asteroider.

"Jeg er mest spændt på ZTF's potentiale til at fange interessante kometudbrud. Vi ved, at de sker, vi ved bare ikke hvor ofte. Mange er fanget af amatørastronomer, sagde Dennis Bodewits, en astronomi associeret forsker ved UMD, der har specialiseret sig i kometforskning. "Dette vil ændre sig med ZTF, som vil opfange mellem 30 til 50 kometer, hver gang den scanner hele himlen. Kometer findes overalt på himlen, så vi er interesserede i at se så mange af dem som muligt, så detaljeret som muligt."

ZTF-undersøgelsen vil også bidrage til det spirende felt af multi-messenger-astrofysik. Bredt sagt, dette er søgen efter optiske modstykker til ekstreme forbigående hændelser set med andre instrumenter, der detekterer forskellige signaler, eller budbringere. Eksempler omfatter gravitationsbølgehændelser observeret af Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) og Jomfru-detektoren; neutrino-begivenheder observeret af IceCube South Pole Neutrino Observatory; og gammastråleudbrud set af NASAs Fermi Gamma-ray Space Telescope og Swift Gamma-ray Burst Mission.

"Det, der ophidser mig mest ved ZTF, er det enorme synsfelt, det vil åbne for at forbinde optiske transienter med ekstreme begivenheder, " sagde Julie McEnery, Fermi-projektforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center, adjungeret lektor i fysik ved UMD og meddirektør for Joint Space-Science Institute. "For fremtidige gravitationsbølgebegivenheder fra LIGO og Jomfruen, vi får et meget stort område af himlen at søge efter. Neutrinohændelser og gammastråleudbrud er heller ikke godt lokaliserede. ZTF-undersøgelsen vil give os mulighed for at forbinde det optiske univers med alle disse tre ekstreme fænomener."

Den videnskabelige undersøgelsesfase af ZTF er planlagt til at begynde i februar 2018. Projektet vil være afsluttet ved udgangen af ​​2020. I fremtiden, endnu større undersøgelser vil bygge på ZTFs hurtige scanninger af himlen, såsom det kommende Large Synoptic Survey Telescope (LSST), planlagt i drift i 2023.