LSST rileva supernove e asteroidi in tempo quasi reale

L’Osservatorio Vera C. Rubin, finanziato congiuntamente dalla National Science Foundation ( NSF ) e dall’Office of Science ( DOE/SC ) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, ha pubblicato i suoi primi avvisi che documentano 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, stelle che esplodono e altri cambiamenti nel cielo notturno. Questo traguardo segna l’avvio di un sistema che dovrebbe arrivare a produrre fino a sette milioni di avvisi a notte.

Tra i primi allarmi figurano il rilevamento di supernove, stelle variabili, nuclei galattici attivi e oggetti che sfrecciano intorno al nostro Sistema Solare, come gli asteroidi. L’avvio degli allarmi scientifici rappresenta una delle ultime tappe fondamentali prima che l’Osservatorio Rubin inizi la sua Legacy Survey of Space and Time ( LSST ) entro la fine dell’anno.

Durante la LSST, Rubin scansionerà il cielo dell’emisfero australe ogni notte per dieci anni, catturando con precisione ogni cambiamento visibile utilizzando la più grande fotocamera digitale mai realizzata. Questi allarmi documenteranno l’enorme quantità di scoperte scientifiche che Rubin realizzerà attraverso la sua registrazione in time-lapse dell’Universo. Nel primo anno della LSST, si prevede che Rubin catturerà immagini di un numero di oggetti superiore a quello di tutti gli altri osservatori ottici messi insieme nella storia dell’umanità.

“Collegando gli scienziati a un flusso di informazioni vasto e continuo, l’Osservatorio Rubin della NSF-DOE permetterà di seguire gli eventi dell’Universo nel loro svolgersi, dagli esplosivi ai più deboli e fugaci”, afferma Luca Rizzi, direttore del programma per le infrastrutture di ricerca presso la NSF.

“Le scoperte riportate in questi avvisi riflettono la potenza dell’Osservatorio Rubin NSF-DOE come strumento per l’astrofisica e l’importanza di un sostegno federale costante”, afferma Kathy Turner, responsabile del programma di Fisica delle Alte Energie presso l’Ufficio della Scienza del Dipartimento dell’Energia. “Le capacità innovative dell’Osservatorio Rubin stanno rivelando innumerevoli tesori astrofisici e ampliando l’accesso degli scienziati al cosmo in continua evoluzione.”

Gli allarmi di Rubin alimenteranno scoperte in molti campi dell’astronomia, dell’astrofisica e della cosmologia. Sebbene il cielo notturno appaia calmo e immutabile a un osservatore occasionale, in realtà è un susseguirsi di movimenti e trasformazioni.

Ogni allarme segnala un cambiamento avvenuto nel cielo dall’ultima osservazione di Rubin: una nuova sorgente luminosa, una stella che si è illuminata o affievolita, o un oggetto che si è mosso. Grazie agli allarmi di Rubin, gli scienziati avranno maggiori possibilità di individuare le supernove nelle loro fasi iniziali, scoprire e tracciare gli asteroidi per valutare le 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 di 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 per ottenere rapidamente osservazioni di follow-up tempestive”, afferma Eric Bellm, responsabile del gruppo Alert Production Pipeline per Rubin Data Management presso NSF NOIRLab e l’Università di Washington.

“Consentire la scoperta in tempo reale su 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 le entusiasmanti scoperte scientifiche che scaturiranno da questi dati.”

La natura pubblica e 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 le osservazioni di follow-up come mai prima d’ora. Questa collaborazione permetterà studi rapidi e dettagliati dei fenomeni in atto.

I primi avvisi dell’Osservatorio Rubin, distribuiti ai ricercatori di tutto il mondo, furono generati nella notte del 24 febbraio. Gli avvisi riguardavano i bagliori di nuove supernove e i bagliori di stelle che alimentavano attivamente buchi neri in galassie distanti, nonché asteroidi in transito nel nostro Sistema Solare.

Situato in Cile, l’Osservatorio Rubin è gestito congiuntamente da NSF NOIRLab e dallo SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Il telescopio è dotato della LSST Camera, 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. I dati vengono quindi inviati, in pochi secondi, dal Cile all’US Data Facility ( USDF ) presso lo SLAC in California per l’elaborazione iniziale.

Il sistema di gestione dati di Rubin li confronta automaticamente con un modello creato a partire da immagini precedenti della stessa regione. Questo confronto permette di rilevare anche le minime variazioni. Ad ogni cambiamento, come la comparsa di un nuovo punto luminoso, il movimento di un oggetto o una variazione di luminosità, il sistema genera un avviso pubblico entro un intervallo record di due minuti.

Grazie a una telecamera così grande e sensibile e alla capacità di elaborare rapidamente enormi quantità di dati storici, Rubin può generare fino a sette milioni di avvisi ogni notte.

“La portata e la velocità degli avvisi sono senza precedenti”, afferma Hsin-Fang Chiang, sviluppatore software dello SLAC responsabile delle 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 proveniente dal sistema di allerta 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 le allerte prima di distribuirle ai team scientifici e agli osservatori.

“L’eccezionale numero di avvisi che Rubin genererà rappresenta una sfida stimolante 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 servizi nel dominio del tempo, che hanno sviluppato il sistema di gestione degli avvisi ANTARES.

“I team che si occupano di questo sistema hanno creato infrastrutture che operano rapidamente su larga scala, consentendo agli scienziati di individuare tutti gli oggetti di loro interesse, così come oggetti mai visti prima.”

I broker confrontano inoltre gli avvisi con i dati provenienti da cataloghi astronomici multi-lunghezza d’onda. Alcuni di essi sono specializzati in specifici tipi di oggetti ed eventi. Tra questi eventi rientrano l’identificazione precoce di supernove e oggetti del Sistema Solare.

L’identificazione tempestiva di questi eventi consente agli scienziati di fornire analisi mirate e di reagire più rapidamente.

“La vera rivoluzione di Rubin sta nella sua capacità di catturare sia i rapidi cambiamenti che l’evoluzione a lungo termine del 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 estremamente dinamiche e possono sperimentare improvvisi picchi di luminosità causati dalla caduta di materia. Questi eventi sono spesso di breve durata e gli scienziati possono facilmente non rilevarli senza un monitoraggio continuo. Rubin ci permetterà di individuare questi cambiamenti nel momento stesso in cui si verificano, e anche di seguire l’evoluzione delle stelle nell’arco di un decennio.”

Gli avvisi di Rubin sono pubblici a livello globale, il che significa che chiunque – dai ricercatori professionisti agli studenti e ai cittadini scienziati – può accedervi ed esplorarli. Gli avvisi sono accessibili tramite uno qualsiasi dei sette broker ufficiali della comunità, nonché tramite due servizi a valle.

Questi servizi formano una rete internazionale che consente un’esplorazione rapida e in tempo reale dei dati da qualsiasi parte del mondo. Inoltre, grazie alla collaborazione con piattaforme come Zooniverse, Rubin consentirà alla comunità globale di classificare gli eventi cosmici e contribuire direttamente alla scoperta.

I broker ufficiali per i dati Rubin sono: ALeRCE, AMPEL, ANTARES, Babamul, Fink, Lasair, Pitt-Google, SNAPS e POI Broker.

Fonte: NOIRLab