Mais de 10.000 supernovas em 7 anos

Há sete anos, uma colaboração internacional de astrónomos instalou uma câmara de última geração num telescópio robótico no Observatório Palomar, perto de San Diego. Hoje, esta colaboração denominada " Zwicky Transient Facility" (ZTF) anuncia ter realizado mais de 10.000 detecções de supernovas cósmicas, de longe o maior censo alguma vez realizado. Objetivo, medir com precisão cada vez maior, a história da expansão do Universo. 

A supernova SN 1994D (o ponto branco brilhante no canto inferior esquerdo da imagem), na parte externa do disco da galáxia espiral NGC 4526

" Existem bilhões de estrelas no Universo, e aproximadamente a cada segundo uma delas explode. A ZTF detecta centenas dessas explosões todas as noites e um punhado delas é posteriormente confirmado como estrelas. "Ao fazer isso sistematicamente durante sete anos, obtivemos o registro mais completo de supernovas confirmadas até o momento ", diz Christoffer Fremling, astrônomo do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech). dirige o programa Bright Transient Survey (BTS) da ZTF, dedicado à pesquisa de supernovas.

O Bright Transient Survey é atualmente a principal fonte para a descoberta desses flashes cósmicos – chamados de “eventos transitórios” em todo o mundo. A ZTF compartilha um fluxo de detecções de eventos transitórios com a comunidade astronômica mais ampla para estudos adicionais por meio de análise espectral. Esta análise ajuda a revelar a distância, o tipo e outras propriedades físicas de um evento transitório.

A maioria dos eventos na amostra BTS são classificados em um dos dois tipos mais comuns: supernova tipo Ia, quando uma anã branca rouba material de uma estrela próxima até explodir, ou supernova tipo II, quando uma estrela massiva morre e entra em colapso sob o efeito de sua gravidade. Graças a estes dados, os astrónomos estão agora mais bem equipados para investigar como funciona a energia escura e compreender os processos que ocorrem na morte das estrelas.

“ Com a ZTF, recolhemos agora mais supernovas do Tipo Ia do que todas as pesquisas dos últimos trinta anos haviam conseguido ”, comenta Mickaël Rigault, chefe do grupo ZTF em França e do programa “ Cosmologia ” da colaboração .

Cerca de 70% das supernovas do estudo BTS foram detectadas e classificadas pela equipe da ZTF graças ao trabalho complementar de dois telescópios no Observatório Palomar, perto de San Diego. O primeiro é o telescópio Samuel Oschin, com 1,2 m de diâmetro. Ele varre todo o céu visível a cada duas noites usando uma câmera de campo amplo de 60 milhões de pixels montada em seu foco. Para detectar novos eventos astronômicos, os astrônomos subtraem imagens da mesma parte do céu de varreduras subsequentes.

Na próxima fase do processo de descoberta, os membros da equipe da ZTF estudam as imagens subtraídas e desencadeiam observações adicionais para os candidatos mais promissores com o telescópio próximo de 1,5 m que abriga o espectrógrafo da ZTF chamado SEDm. “ Combinamos as informações de brilho fornecidas pela câmera ZTF com dados SEDM para identificar corretamente a origem e o tipo de um evento transitório, um processo que os astrônomos chamam de classificação de eventos transitórios ”, explica Yu-Jing Qin, pós-doutorado na Caltech.

Para isso, o grupo IP2I (CNRS/Universidade Claude Bernard) liderado por Mickaël Rigault montou o primeiro pipeline totalmente automático para a redução de dados espectroscópicos do SEDm " Obtemos assim um espectro que pode ser analisado pelos cientistas menos 5 minutos depois o final da observação ", especifica Mickaël Rigault.

Desde 2012, os astrônomos acompanham descobertas de eventos transitórios em uma plataforma pública chamada Transient Name Server (TNS). A comunidade global utiliza esta plataforma para anunciar detecções e classificações de eventos transitórios.

Ao partilhar as suas descobertas, os astrónomos criam um observatório global virtual onde eventos transitórios não classificados podem ser classificados por outras equipas de astrónomos com instalações espectroscópicas. Como resultado deste esforço conjunto, o TNS contém hoje aproximadamente 16.000 registos de supernovas classificadas e outros eventos transitórios. “ O SEDm é responsável pela classificação de quase metade de todas as supernovas descobertas no mundo ”, observa Mickaël Rigault.

Há dois anos, Christopher Fremling se uniu a especialistas em aprendizado de máquina da Caltech para treinar computadores para ler dados espectroscópicos SEDm, classificar supernovas e transmitir automaticamente os resultados ao Transient Name Server poucos minutos após as observações. Em 2023, o estudante de doutorado Nabeel Rehemtulla, da Northwestern University, expandiu o uso do aprendizado de máquina para todo o ciclo de observação . Ele desenvolveu o sistema BTSbot, que é atualmente usado na ZTF para descobrir, classificar e relatar supernovas sem intervenção humana.

" Desde que o BTSbot começou a funcionar, ele encontrou cerca de metade das supernovas ZTF mais brilhantes antes de um humano. Para alguns tipos de supernovas, automatizamos todo o processo e o BTSbot alcançou excelentes resultados até agora. resultados em mais de cem casos Isto é o futuro dos estudos de supernovas, especialmente quando o Observatório Vera Rubin entrar em operação ”, acrescenta Nabeel Rehemtulla.

O Observatório Vera Rubin está sendo construído nas montanhas chilenas e, uma vez concluído, será muito mais sensível que o ZTF, permitindo a descoberta de milhões de supernovas. “ As ferramentas de aprendizado de máquina e inteligência artificial que desenvolvemos para a ZTF se tornarão essenciais quando o Observatório Vera Rubin começar a operar ”, diz Daniel Perley, astrônomo da Universidade John Moores de Liverpool , no Reino Unido, que desenvolveu os procedimentos de busca e descoberta para o BTS e que gerencia banco de dados público do estudo. “ Os resultados do nosso trabalho na ZTF e as ferramentas que estamos a desenvolver serão valiosas para o estudo dos milhões de supernovas que Rubin irá descobrir ”, acrescenta Mickaël Rigault.

Com um financiamento adicional de US$ 1,6 milhão da National Science Foundation (NSF) dos EUA, a ZTF continuará a examinar o céu noturno pelos próximos dois anos.

“ Em 2025 e 2026, a ZTF e Vera Rubin poderão operar em conjunto, o que é uma notícia fantástica ”, diz Mansi Kasliwal, professor de astronomia da Caltech que liderará a ZTF nos próximos dois anos. Ao combinar dados de ambos os observatórios, os astrônomos podem abordar diretamente a física por trás da explosão de supernovas e descobrir eventos transitórios jovens e rápidos, inacessíveis apenas à ZTF ou ao Rubin. Estou muito entusiasmado com o futuro ”, conclui Mansi Kasliwal.

Techno-science.net