L’Osservatorio Rubin dell’NSF-DOE ha emesso i suoi primi avvisi scientifici, segnando una pietra miliare storica nell’astrofisica. Con un numero previsto di avvisi che saliranno a sette milioni a notte, questi primi avvisi inaugurano una nuova era di osservazione dinamica e in tempo reale del cielo notturno. L’Osservatorio Vera C. Rubin dell’NSF-DOE , finanziato congiuntamente dalla National Science Foundation ( NSF ) degli Stati Uniti e dall’Office of Science del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ( DOE/SC ), ha pubblicato i suoi primi avvisi che documentano gli eventi astronomici rilevati dall’osservatorio. Rubin ha emesso 800.000 avvisi la notte del 24 febbraio. Questi avvisi hanno richiamato l’attenzione degli scienziati su nuovi asteroidi, esplosioni stellari e altri cambiamenti nel cielo notturno. Questo traguardo segna il lancio di un sistema che dovrebbe produrre fino a sette milioni di avvisi a notte.
Tra i primi avvisi ci sono le rilevazioni di supernovae, stelle variabili, nuclei galattici attivi e oggetti che sfrecciano attorno al nostro Sistema Solare, come gli asteroidi. L’inizio degli avvisi scientifici è una delle ultime importanti tappe prima che l’Osservatorio Rubin inizi il suo Legacy Survey of Space and Time ( LSST ) entro la fine dell’anno. Durante il LSST, Rubin esplorerà il cielo dell’emisfero australe ogni notte per dieci anni per catturare con precisione ogni cambiamento visibile utilizzando la più grande fotocamera digitale mai realizzata. Questi avvisi racconteranno il tesoro di scoperte scientifiche che Rubin realizzerà attraverso la sua registrazione time-lapse dell’Universo. Nel primo anno del LSST, si prevede che Rubin catturerà immagini di più oggetti di tutti gli altri osservatori ottici messi insieme nella storia dell’umanità.
“Collegando gli scienziati a un flusso vasto e continuo di informazioni, l’Osservatorio Rubin dell’NSF-DOE consentirà di seguire gli eventi dell’Universo nel loro svolgersi, da quelli più esplosivi a quelli più deboli e fugaci”, afferma Luca Rizzi, direttore del programma per le infrastrutture di ricerca presso l’NSF.
“Le scoperte riportate in questi avvisi riflettono la potenza dell’Osservatorio Rubin dell’NSF-DOE come strumento per l’astrofisica e l’importanza di un sostegno federale duraturo”, afferma Kathy Turner, responsabile del programma di fisica delle alte energie presso l’Ufficio scientifico del DOE. “Le capacità innovative dell’Osservatorio Rubin stanno rivelando tesori astrofisici inestimabili e ampliando l’accesso degli scienziati al cosmo in continua evoluzione”.
Gli avvisi di Rubin alimenteranno le scoperte in molti settori dell’astronomia, dell’astrofisica e della cosmologia. Mentre il cielo notturno appare calmo e immutabile all’osservatore occasionale, in realtà è vivo, animato da movimento e trasformazione. Ogni avviso segnala qualcosa che è cambiato nel cielo dall’ultima osservazione di Rubin: una nuova fonte di luce, una stella che si è illuminata o attenuata, o un oggetto che si è mosso. Con gli avvisi di Rubin, gli scienziati avranno una maggiore capacità di catturare le supernove nei loro primi momenti, scoprire e tracciare gli asteroidi per valutare potenziali minacce per la Terra e individuare rari oggetti interstellari mentre sfrecciano attraverso il Sistema Solare. Gli scienziati potranno quindi utilizzare questi dati per comprendere meglio la natura della materia oscura, dell’energia oscura e altri aspetti sconosciuti dell’Universo.
“Il sistema di allerta di Rubin è stato progettato per consentire a chiunque di identificare eventi astronomici interessanti con un preavviso sufficiente a ottenere rapidamente osservazioni di follow-up urgenti”, afferma Eric Bellm, responsabile del gruppo di produzione degli avvisi per Rubin Data Management presso NSF NOIRLab e l’Università di Washington. “Permettere la scoperta in tempo reale di 10 terabyte di immagini ogni notte ha richiesto anni di innovazione tecnica negli algoritmi di elaborazione delle immagini, nei database e nell’orchestrazione dei dati. Non vediamo l’ora di vedere l’entusiasmante scienza che nascerà da questi dati”.
La natura pubblica, quasi in tempo reale, del sistema di allerta di Rubin consente agli scienziati che utilizzano altri telescopi terrestri e spaziali in tutto il mondo di coordinare osservazioni di follow-up come mai prima d’ora. Questa collaborazione consentirà studi rapidi e dettagliati dei fenomeni in corso.
I primi avvisi dell’Osservatorio Rubin distribuiti ai ricercatori di tutto il mondo sono stati generati nella notte del 24 febbraio. Gli avvisi contenevano i brillamenti di nuove supernovae e il bagliore di stelle che alimentavano attivamente buchi neri in galassie lontane, e asteroidi che attraversavano il nostro Sistema Solare.
Man mano che vengono acquisite nuove immagini, il sofisticato software dell’Osservatorio Rubin le confronta automaticamente con un’immagine modello. L’immagine modello, creata combinando le immagini precedenti di Rubin della stessa area con lo stesso filtro, viene sottratta dalla nuova immagine, lasciando solo le modifiche. Ogni modifica attiva un avviso entro due minuti dall’acquisizione dell’immagine. La stragrande maggioranza di questi avvisi riguarda supernovae, stelle variabili, nuclei galattici attivi e oggetti del Sistema Solare. Le singole immagini sopra sono “francobolli” di oggetti osservati da Rubin che sono cambiati da una visita all’altra. Per ciascuno di questi avvisi di esempio, a sinistra è mostrata l’immagine modello, al centro la nuova immagine e a destra l’immagine sottratta, o immagine di differenza. L’oggetto di interesse per un particolare avviso è centrato nelle immagini. Nel caso della supernova sopra, i punti luminosi negli angoli in alto a sinistra dell’immagine modello e delle nuove immagini rappresentano il centro della galassia ospite della supernova. La supernova stessa, non visibile nell’immagine modello, è chiaramente visibile al centro dell’immagine di differenza.
Situato in Cile, l’Osservatorio Rubin è gestito congiuntamente da NSF NOIRLab e dal Laboratorio Nazionale Acceleratori SLAC del Dipartimento dell’Energia. Il telescopio è dotato della fotocamera LSST, la più grande fotocamera digitale mai costruita. Con 3200 megapixel, Rubin è in grado di rilevare oggetti deboli e distanti nell’Universo.
Ogni 40 secondi, durante le osservazioni notturne, Rubin cattura una nuova regione del cielo. Invia quindi i dati, in un viaggio di pochi secondi, dal Cile alla US Data Facility ( USDF ) presso lo SLAC in California per l’elaborazione iniziale. Il sistema di gestione dei dati di Rubin li confronta automaticamente con un modello creato a partire da immagini precedenti della stessa regione. Questo confronto consente di rilevare anche le minime variazioni. A ogni cambiamento, come la comparsa di un nuovo punto luminoso, il movimento di un oggetto o una variazione di luminosità, il sistema genera un’allerta pubblica entro un intervallo record di due minuti. Con una fotocamera così grande e sensibile e la capacità di elaborare rapidamente quantità di dati storici, Rubin può generare fino a sette milioni di allerte ogni notte.
“La portata e la velocità degli avvisi sono senza precedenti”, afferma Hsin-Fang Chiang, sviluppatore software SLAC che dirige le operazioni di elaborazione dati presso l’USDF. “Dopo aver generato centinaia di migliaia di avvisi di prova negli ultimi mesi, ora siamo in grado di dire, in pochi minuti, per ogni immagine, ‘ecco tutto’ e ‘via'”.
Per interpretare l’immenso flusso di dati provenienti dal flusso di allerte di Rubin, gli scienziati si affidano a una rete di piattaforme software intelligenti note come broker. Questi sistemi utilizzano algoritmi di apprendimento automatico per filtrare, ordinare e classificare gli avvisi prima di distribuirli a team scientifici e osservatori.
“Lo straordinario numero di allerte che Rubin produrrà rappresenta una sfida entusiasmante sia per gli astronomi che per gli ingegneri del software”, spiega Tom Matheson, direttore ad interim del Community Science and Data Center ( CSDC ), un programma di NSF NOIRLab, e responsabile dei Time-Domain Services, che hanno sviluppato il broker di allerte ANTARES. “I team del broker hanno costruito sistemi che operano rapidamente su larga scala, in modo che gli scienziati possano trovare tutti gli oggetti di loro interesse, così come cose che non abbiamo mai visto prima”.
I broker incrociano anche gli avvisi con i dati provenienti da cataloghi astronomici multi-lunghezza d’onda. Alcuni di essi sono specializzati in specifiche tipologie di oggetti ed eventi. Tra questi eventi rientra l’identificazione precoce di supernovae e oggetti del Sistema Solare. L’identificazione precoce di questi eventi consente agli scienziati di fornire analisi personalizzate e di reagire più rapidamente.
“Ciò che rende Rubin rivoluzionario è la sua capacità di catturare sia i cambiamenti rapidi che l’evoluzione a lungo termine nel cielo”, spiega Rosaria Bonito, ricercatrice presso l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) di Palermo, e co-presidente della collaborazione scientifica Rubin LSST Transients and Variable Stars ( TVS ). “Le stelle giovani, ad esempio, sono altamente dinamiche e possono sperimentare improvvise esplosioni di luminosità causate dalla caduta di materia. Questi eventi sono spesso di breve durata e gli scienziati possono facilmente perderli senza un monitoraggio continuo. Rubin ci permetterà di rilevare questi cambiamenti mentre accadono proprio lì, in questo momento, e anche di tracciare l’evoluzione delle stelle nell’arco di un decennio”.
Gli avvisi di Rubin sono pubblici a livello mondiale, il che significa che chiunque, dai ricercatori professionisti agli studenti e ai citizen scientist, può accedervi ed esplorarli. È possibile accedere agli avvisi tramite uno qualsiasi dei sette broker ufficiali della comunità, nonché tramite due servizi downstream. Questi servizi formano una rete internazionale che consente l’esplorazione rapida e in tempo reale dei dati da qualsiasi punto della Terra. Inoltre, grazie alla collaborazione con piattaforme come Zooniverse, Rubin consentirà alla comunità globale di classificare gli eventi cosmici e contribuire direttamente alla scoperta.
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