NSF NOIRLab, finanziato dalla National Science Foundation statunitense, ha completato le analisi complete del suo ecosistema per il follow-up degli avvisi provenienti dall’Osservatorio Vera C. Rubin dell’NSF-DOE. Le analisi hanno dimostrato come i molteplici strumenti software sviluppati da NOIRLab, insieme a una rete di telescopi in tutto il mondo, consentiranno rapide osservazioni di follow-up degli innumerevoli oggetti transitori che Rubin scoprirà durante la sua indagine decennale. NSF NOIRLab ha dimostrato con successo l’utilizzo end-to-end del suo ecosistema di follow-up in tempo reale, progettato per rispondere rapidamente agli avvisi generati dall’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 ).
Gli avvisi di Rubin indicano alla comunità scientifica oggetti nel cielo notturno che cambiano posizione o luminosità, come asteroidi, comete interstellari e stelle in esplosione. Data la loro natura fugace, le osservazioni di follow-up rapide sono cruciali per lo studio di questi oggetti.
NOIRLab ha sviluppato una serie di strumenti per consentire agli scienziati di dare seguito in modo rapido ed efficiente agli avvisi provenienti da Rubin. Questi strumenti includono un sistema di filtraggio degli avvisi, un gestore automatico delle richieste di osservazione, una rete di telescopi per effettuare osservazioni e un software di riduzione automatica dei dati. Insieme, questi strumenti costituiscono un ecosistema integrato che aiuta a elaborare i milioni di avvisi che Rubin dovrebbe generare ogni notte una volta avviato il suo Legacy Survey of Space and Time ( LSST ).
Per interpretare l’immenso flusso di dati proveniente da 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 alla comunità scientifica.
I dettagli
NOIRLab gestisce uno di questi broker comunitari: l’Arizona-NOIRLab Temporal Analysis and Response to Events System ( ANTARES ). Questo sofisticato strumento software riceve avvisi da Rubin e li filtra in tempo reale in categorie a seconda delle caratteristiche dell’oggetto. Gli scienziati possono abbonarsi ai filtri e ricevere notifiche di nuovi avvisi per oggetti di loro interesse, che si tratti di supernovae, stelle variabili, oggetti che brillano a una specifica lunghezza d’onda o oggetti variabili che si trovano in una determinata regione del cielo.
Una volta filtrati gli avvisi, ANTARES li invia a un altro strumento software sviluppato da NOIRLab, denominato Gemini Observation and Analysis of Targets System ( GOATS ). GOATS è stato sviluppato dal Science User Support Department (SUSD) dell’International Gemini Observatory , finanziato in parte dalla NSF e gestito da NSF NOIRLab. Questa interfaccia basata su browser consente la selezione degli oggetti da monitorare e invia automaticamente le richieste di osservazione a una rete di telescopi denominata Astronomical Observatory Event Network (AEON).
AEON è una collaborazione di telescopi situati in tutto il mondo, tra cui: il telescopio NSF Víctor M. Blanco da 4 metri presso l’Osservatorio Interamericano NSF Cerro Tololo ( CTIO ) in Cile, un programma di NSF NOIRLab; il telescopio SOAR da 4,1 metri situato sul Cerro Pachón in Cile e gestito da CTIO; il telescopio Gemini South in Cile e il telescopio Gemini North alle Hawaii; e la rete globale di telescopi che compongono l’ Osservatorio Las Cumbres. L’Osservatorio Las Cumbres gestisce il software di pianificazione robotica che AEON utilizza per gestire le richieste di osservazione in arrivo per SOAR e Blanco.
Una volta completate le osservazioni, l’elaborazione dei dati inizia automaticamente tramite pipeline specifiche del telescopio o, nel caso di Gemini, direttamente su GOATS tramite il software integrato DRAGONS. In entrambi i casi, l’ecosistema di follow-up integrato di NOIRLab consente agli scienziati di accedere rapidamente ai risultati elaborati, classificare l’oggetto e decidere se sono necessarie ulteriori osservazioni.
Durante l’esecuzione end-to-end, il team ha seguito un totale di 18 avvisi da Rubin che erano stati segnalati da ANTARES come probabili supernovae. Gli strumenti utilizzati durante le osservazioni sono stati la Dark Energy Camera ( DECam ) da 570 megapixel fabbricata dal DOE, montata sul telescopio Blanco, lo spettrografo Goodman montato su SOAR e gli spettrografi multi-oggetto Gemini ( GMOS ) montati sui telescopi Gemini Nord e Gemini Sud.
Per facilitare la classificazione, sono state acquisite ulteriori immagini dei bersagli con i telescopi da 1 e 2 metri dell’Osservatorio di Las Cumbres. Ciò ha permesso al team di costruire curve di luce, che mostrano come il bersaglio cambia di luminosità nel tempo.
“Questo è sicuramente un momento di orgoglio per NOIRLab e per tutti coloro che sono stati coinvolti nel corso degli anni”, afferma Monika Soraisam, scienziata responsabile di GOATS. “È così gratificante vedere come tutti i pezzi si siano uniti così perfettamente per far funzionare l’intero sistema dall’inizio alla fine”.
“La comunità del dominio temporale, incluso NOIRLab, sta costruendo l’infrastruttura necessaria per un follow-up efficiente degli allarmi di Rubin da oltre dieci anni ed è molto gratificante vedere l’intero ecosistema funzionare come avevamo previsto”, afferma Bryan Miller, responsabile dello sviluppo delle operazioni scientifiche presso il Gemini Observatory. “Le lezioni apprese dalla dimostrazione saranno utilizzate per migliorare i sistemi che forniremo alla comunità”.
Le osservazioni di follow-up condotte durante la campagna hanno portato alla classificazione di una supernova di tipo II, che deriva dall’esplosione di una stella massiccia che conserva ancora un involucro esterno ricco di idrogeno, una candidata supernova di tipo Ic, che deriva anch’essa dall’esplosione di stelle massicce ma dopo che hanno perso i loro strati esterni, e due supernovae di tipo Ia, che sono dovute all’esplosione di stelle nane bianche e vengono utilizzate per misurare il tasso di espansione dell’Universo.
Il successo dell’intero ciclo di follow-up dimostra come la comunità scientifica globale utilizzerà i dati di Rubin per studiare l’Universo come mai prima d’ora. Durante l’LSST, gli scienziati saranno avvisati di miliardi di oggetti in mutamento nel cielo dell’emisfero australe. Con un follow-up rapido e coordinato, saranno in grado di studiarli prima che scompaiano o abbandonino il nostro campo visivo.
“Un follow-up rapido ed efficiente in un ecosistema integrato di strutture è fondamentale per migliorare e arricchire la scienza svolta con i dati LSST”, afferma César Briceño, direttore di SOAR. “Il valore aggiunto di un follow-up così tempestivo consente ai ricercatori di sfruttare appieno il tesoro di scoperte che LSST porterà alla luce”, afferma Steve Heathcote, direttore del CTIO.
“È un momento davvero emozionante”, aggiunge Chris Davis, Direttore del Programma NSF per NOIRLab. “Questo nuovo sistema trasformerà l’astronomia nel dominio del tempo e porterà senza dubbio a innumerevoli nuove ed entusiasmanti scoperte”.