Даже если бы вы ничего не знали об астрономии, вы бы поняли, что взрыв звезды — мощное и важное событие. Как это могло быть не так? Сверхновые играют центральную роль во Вселенной благодаря своей энергичной и разрушительной гибели.
Существуют разные типы сверхновых, которые взрываются по всей Вселенной, с разными предшественниками и разными остатками. Переходный центр Цвикки обнаружил 100 000 сверхновых и классифицировал 10 000 из них.
Zwicky Transient Facility (ZTF) — это астрономический объект широкого профиля, названный в честь выдающегося швейцарского астронома Фрица Цвикки. В начале 1930-х годов Цвикки и его коллега Вальтер Бааде ввели термин «сверхновая», чтобы описать переход обычных звезд главной последовательности в нейтронные звезды. В 1940-х годах Цвикки и его коллега разработали современную систему классификации сверхновых. Благодаря этому и многим другим научным вкладам ZTF носит его имя. (Цвикки также был гуманистом и философом.)
ZTF ведет наблюдения как в оптическом, так и в инфракрасном диапазоне волн и был создан для обнаружения переходных процессов с помощью телескопа Сэмюэля Осчина в Паломарской обсерватории в округе Сан-Диего, Калифорния. Переходные процессы — это объекты, яркость которых быстро меняется, или объекты, которые движутся. Хотя сверхновые (SN) не двигаются, они определенно быстро меняют яркость. Они могут на месяцы затмить всю свою галактику.
В 2017 году ZTF запустил проект Bright Transient Survey (BTS) по поиску сверхновых (SNe). Это, безусловно, крупнейшее спектроскопическое исследование сверхновых, когда-либо проводившееся. BTS обнаружила 100 000 потенциальных SNe, и более 10 000 из них были подтверждены и классифицированы по расстоянию, типу, редкости и яркости. Этот тип астрономических исследований создает богатый набор данных, который будет продолжать помогать исследователям в будущем.
«Во Вселенной триллионы звезд, и одна из них взрывается примерно каждую секунду. Достичь 10 000 классификаций — это потрясающе, но что нам действительно следует отпраздновать, так это невероятный прогресс, которого мы достигли в нашей способности искать во Вселенной переходные процессы или объекты, которые меняются в небе, и наука, которая даёт нам обширные данные, позволит это сделать», — сказал он. Кристофер Фремлинг, штатный астроном Калифорнийского технологического института. Фремлинг возглавляет исследование ярких переходных процессов (BTS) ZTF.
Попытки каталогизировать сверхновые начались в 2012 году, когда астрономические базы данных начали официально отслеживать их. С тех пор астрономы открыли около 16 000 из них, а ZTF ответственен за более чем 10 000 из этих открытий.
Первое задокументированное открытие SNe произошло в 185 году нашей эры, когда китайские астрономы зафиксировали появление на небе «звезды-гостя», светившейся в течение восьми месяцев. За прошедшие с тех пор почти два тысячелетия мы увидели гораздо больше. 1987 год стал поворотным моментом в науке о сверхновых, когда массивная звезда взорвалась в близлежащем Большом Магеллановом Облаке. Назван СН 1987А. Это был первый взрыв сверхновой со времени изобретения телескопа. Это также было первое прямое обнаружение нейтрино сверхновой, и многие считают это открытие началом нейтринной астрономии.
Каждую ночь ZTF регистрирует сотни тысяч событий, включая все: от маленьких простых астероидов во внутренней части Солнечной системы до мощных гамма-всплесков в далекой Вселенной. ZTF использует два телескопа, которые служат своего рода центром сортировки сверхновых и транзиентов. Телескоп Сэмюэля Осчина оснащен 60-мегапиксельной широкоугольной камерой, которая снимает видимое небо каждые две ночи. Астрономы обнаруживают новые переходные явления, вычитая изображения одного и того же участка неба из последующих сканирований.
Члены команды ZTF затем изучают эти изображения и отправляют наиболее многообещающие изображения на другой телескоп ZTF — Машину распределения спектральной энергии (SEDM). Этот роботизированный спектрограф работает с 60-дюймовым телескопом Паломар.
«Мы объединяем информацию о яркости с камеры ZTF с данными SEDM, чтобы правильно определить происхождение и тип переходного процесса — процесс, который астрономы называют классификацией переходного процесса», — сказал Ю-Цзин Цинь, постдокторант Калифорнийского технологического института, возглавляющий много процесса ежедневной работы опроса BTS.
Обнаружения ZTF также отправляются в другие обсерватории по всему миру, которые могут изучать переходные процессы с использованием других спектроскопических средств. Таким образом было подтверждено около 30% переходных процессов ZTF.
ZTF обнаруживает так много переходных процессов, что астрономам трудно за ними уследить. В последние годы Калифорнийский технологический институт предпринял усилия по разработке инструментов машинного обучения, которые могут исследовать спектроскопические данные SEDM, классифицировать переходные процессы и отправлять их на сервер имен переходных процессов. В 2023 году для управления потоком обнаружения была развернута система BTSBot.
«С тех пор, как BTSbot начал свою работу, он обнаружил около половины самых ярких сверхновых ZTF раньше человека», — сказал аспирант Северо-Западного университета Набил Рехемтулла, разработчик BTSBot. «Для некоторых типов сверхновых мы автоматизировали весь процесс, и на данный момент BTSbot показал себя исключительно хорошо более чем в сотне случаев. Это будущее исследований сверхновых, особенно когда обсерватория Веры Рубин начнет функционировать».
Хотя каждое открытие сверхновой имеет научную ценность, среди всех этих открытий есть несколько ярких моментов.
ZTF обнаружил тысячи сверхновых типа 1a. Они встречаются в двойных звездных системах, в которых одна звезда является белым карликом. Белый карлик забирает газ у своего спутника, и газ накапливается на белом карлике. В конечном итоге это приводит к взрыву сверхновой. SN 2022qmx — одна из тех сверхновых типа 1a, которая оказалась намного ярче, чем должна была быть. Оказалось, что промежуточная галактика гравитационно сфокусировала свет сверхновой, сделав его в 24 раза ярче.
ZTF также отвечает за обнаружение ближайшего и самого дальнего SNe (с помощью JWST).
«Когда мы начали этот проект, мы не знали, сколько астрономов будут следить за нашими открытиями», — сказал Фремлинг из Калифорнийского технологического института. «Тот факт, что их так много, свидетельствует о том, почему мы создали ZTF: исследовать все небо на предмет изменения объектов и как можно быстрее делиться этими данными с астрономами по всему миру. В этом и состоит цель Transient Name Server (TNS). )».
В TNS мировое астрономическое сообщество объявляет об обнаружении и классификации транзиентов, чтобы избежать дублирования работы. С 2016 года TNS обработала более 150 000 зарегистрированных транзиентов и более 15 000 зарегистрированных сверхновых.
«Все становится публичным в надежде, что сообщество объединится и получит от этого максимальную пользу», — сказал Фремлинг. «Таким образом, у нас не будет, скажем, десяти телескопов по всему миру, которые делают одно и то же и теряют время».
У ZTF скоро появится мощный партнер в области астрономии во временной области. Ожидается, что обсерватория Веры Рубин (VRO) увидит свой первый свет в ближайшие несколько месяцев, а затем начнет свое 10-летнее исследование пространства и времени (LSST). LSST также обнаруживает переходные процессы, но он гораздо более чувствителен, чем ZTF. Ожидается, что он обнаружит миллионы сверхновых, и для решения всех этих открытий потребуется инструмент машинного обучения, подобный BTSbot.
«Инструменты машинного обучения и искусственного интеллекта, которые мы разработали для ZTF, будут иметь решающее значение, когда обсерватория Веры Рубин заработает», — сказал Дэниел Перли, астроном из Ливерпульского университета Джона Мурса в Соединенном Королевстве, который разработал процедуры поиска и открытия БТС. «Мы уже планировали тесно сотрудничать с Рубином для передачи наших знаний и технологий машинного обучения», — добавил Перли.
Астрономические исследования, подобные тем, которые проводят ZTF и VRO, предоставляют фундаментальные данные, которые исследователи будут использовать в ближайшие годы. Невозможно знать, как оно будет использоваться в каждом конкретном случае и к каким открытиям оно приведет. Более того, ZTF и VRO частично совпадают.
По словам профессора астрономии Калифорнийского технологического института Манси Касливала, который будет возглавлять ZTF в течение следующих двух лет, это будет очень важное и захватывающее время для астрономии во временной области.
«Период 2025 и 2026 годов, в течение которого ZTF и Вера Рубин смогут работать вместе, является фантастической новостью для астрономов во временной области», — сказал Касливал. «Объединив данные обеих обсерваторий, астрономы смогут напрямую разобраться с физикой того, почему взрываются сверхновые, и обнаружить быстрые и молодые транзиенты, которые недоступны только ZTF или Рубину. Я с нетерпением жду будущего», — добавил Касливал.
