Desde 2018, la Zwicky Transient Facility, una colaboración astronómica internacional con sede en el Observatorio Palomar en California, ha escaneado todo el cielo cada dos o tres noches. Como parte de esta misión, el Bright Transient Survey del ZTF ha estado contando y catalogando supernovas, destellos de luz en el cielo que son los signos reveladores de estrellas que mueren en explosiones espectaculares.
El 4 de diciembre, los investigadores del ZTF, incluidos astrónomos de la Universidad de Washington, anunciaron que habían identificado más de 10.000 de estos eventos estelares, la mayor cantidad jamás identificada por un estudio astronómico.
«Hay billones de estrellas en el universo, y aproximadamente cada segundo, una de ellas explota», dijo Christoffer Fremling, un astrónomo de Caltech que dirige el Bright Transient Survey. «ZTF detecta cientos de estas explosiones por noche y un puñado de ellas se confirman como supernovas. Hacer esto sistemáticamente durante siete años ha dado como resultado el registro más completo de supernovas confirmadas hasta la fecha».
El Bright Transient Survey es actualmente el principal canal de descubrimiento de destellos cósmicos, también conocidos como fenómenos transitorios astronómicos, en el mundo. Para determinar qué fenómenos transitorios son supernovas, ZTF comparte un flujo de detecciones nocturnas de fenómenos transitorios con la comunidad astronómica en general para que otros telescopios en todo el mundo puedan realizar observaciones de seguimiento de los posibles fenómenos transitorios.
Esto incluye la realización de un análisis espectral, en el que los instrumentos de los telescopios del observatorio dividen la luz de un objeto transitorio en sus colores individuales para revelar su distancia de la Tierra y otras propiedades.
«Clasificar 10.000 supernovas es un logro tremendo y permitirá realizar estudios científicos sin precedentes sobre fenómenos transitorios explosivos», dijo Eric Bellm, miembro del equipo ZTF, profesor asociado de investigación de astronomía de la UW y científico del Instituto DiRAC de la UW. «Alcanzar este hito requirió un trabajo técnico cuidadoso en la programación y procesamiento de las imágenes de descubrimiento de ZTF, la verificación humana y mecánica de las alertas y la obtención de espectros de seguimiento oportunos».
Para el Bright Transient Survey, una cámara de campo amplio de 60 megapíxeles montada en el telescopio Samuel Oschin de Palomar escaneó todo el cielo visible cada dos noches. Para detectar nuevos eventos astronómicos, los astrónomos sustrajeron imágenes de la misma porción del cielo de los escaneos posteriores. A continuación, los miembros del equipo ZTF estudiaron las imágenes sustraídas y activaron observaciones espectrales de seguimiento mediante un segundo telescopio en Palomar u otros observatorios.
Bellm, la científica investigadora de la UW Melissa Graham y Mario Jurić, profesor de astronomía de la UW y director del Instituto DiRAC, contribuyeron al Bright Transient Survey. Bellm gestionó las alertas de nuevos transitorios y programó la toma de imágenes para el estudio. Jurić ayudó a configurar el sistema automatizado del ZTF para alertar a los miembros del equipo de todo el mundo sobre nuevos transitorios.
El desarrollo de sistemas de alerta y de canales de análisis automatizados es fundamental para el campo, ya que las tecnologías de toma de imágenes más potentes y las nuevas generaciones de observatorios siguen transformando la astronomía en una actividad de «big data». Fritz Zwicky, un astrónomo del siglo XX que acuñó por primera vez el término «supernova», identificó 120 supernovas en 52 años. El Bright Transient Survey del ZTF, llamado así por Zwicky, encontró 10 000 en una fracción de ese tiempo.
«El programa Bright Transient Survey sirve como un ejemplo de los tipos de ciencia que esperamos hacer con el Observatorio Vera C. Rubin en el futuro cercano», dijo Bellm.
El Observatorio Vera C. Rubin, que se encuentra en construcción en Chile, es el futuro hogar del Legacy Survey of Space and Time, o LSST, una misión que tomará imágenes profundas del cielo cada noche y detectará incluso más fenómenos transitorios cósmicos que el ZTF. Los científicos de la UW con el Instituto DiRAC han estado muy involucrados en la planificación del lanzamiento del LSST. Colaboraciones como el ZTF han sido un campo de pruebas para desarrollar y probar métodos para su uso en el LSST.
Para el Bright Transient Survey, Graham realizó análisis espectrales de seguimiento de fenómenos transitorios en el Observatorio Apache Point en Nuevo México. Estos esfuerzos fueron especialmente valiosos para captar algunas de las supernovas más débiles y desvanecidas que se habrían pasado por alto en Palomar.
«Como astrónomos de la UW, somos muy afortunados de tener acceso al Observatorio Apache Point para nuestra investigación», dijo Graham. «Una de las partes más impactantes y divertidas de obtener espectros ópticos es sorprenderse con transitorios raros con características peculiares, que a menudo revelan más sobre la física de las supernovas que cientos de objetos ordinarios. Descubrir cómo hacer este trabajo con el número aún mayor de supernovas del LSST es el próximo gran desafío».
La mayoría de los transitorios del Bright Transient Survey se clasifican como uno de los dos tipos comunes de supernovas: Tipo Ia, cuando una enana blanca roba tanto material de otra estrella cercana que explota, o Tipo II, cuando las estrellas masivas colapsan y mueren por su propia gravedad. Gracias al tesoro de datos del Bright Transient Survey, los astrónomos ahora están mejor equipados para responder preguntas sobre cómo crecen y mueren las estrellas, así como sobre cómo la energía oscura impulsa la expansión del universo.
Después de su puesta en funcionamiento prevista para 2025, el Observatorio Vera Rubin C. podría descubrir millones de supernovas más.
«Las herramientas de inteligencia artificial y aprendizaje automático que hemos desarrollado para ZTF serán esenciales cuando el Observatorio Vera Rubin comience a funcionar», dijo Daniel Perley, miembro del equipo de ZTF y astrónomo de la Universidad John Moores de Liverpool. «Ya hemos planeado trabajar en estrecha colaboración con Rubin para transferir nuestro conocimiento y tecnología de aprendizaje automático».
ZTF seguirá explorando el cielo nocturno durante los próximos dos años.
«El período en 2025 y 2026 en el que ZTF y Vera Rubin puedan operar en conjunto es una noticia fantástica para los astrónomos del dominio del tiempo», dijo Mansi Kasliwal, profesor de astronomía en Caltech que dirigirá ZTF en los próximos dos años. «Al combinar los datos de ambos observatorios, los astrónomos pueden abordar directamente la física de por qué explotan las supernovas y descubrir transitorios rápidos y jóvenes que son inaccesibles para ZTF o Rubin por separado. Estoy entusiasmado con el futuro».
Con información de la Universidad de Washington
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