Há sete anos, uma colaboração internacional de astrônomos instalou uma câmera de ponta em um telescópio robótico no observatório de Palomar, perto de San Diego. Hoje, essa colaboração batizada de "
Zwicky Transient Facility" (ZTF) anuncia ter realizado mais de 10.000 detecções de supernovas cósmicas, o que representa, de longe, o maior censo já feito. O objetivo é medir com uma precisão cada vez maior a história da expansão do Universo.
Visão artística de uma supernova - M. Weiss
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Há bilhões de estrelas no Universo, e aproximadamente a cada segundo, uma delas explode. O ZTF detecta centenas dessas explosões todas as noites, e algumas delas são posteriormente confirmadas como supernovas. Ao proceder sistematicamente dessa forma durante sete anos, obtivemos o registro mais completo de supernovas confirmadas até hoje", explica Christoffer Fremling, astrônomo do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), que lidera o programa BTS (Bright Transient Survey) do ZTF, dedicado à busca de supernovas.
O Bright Transient Survey é atualmente a principal fonte de descoberta desses clarões cósmicos - chamados de "eventos transientes" no mundo astronômico. O ZTF compartilha um fluxo de detecções de eventos transientes com toda a comunidade astronômica para um estudo mais aprofundado por meio de análise espectral. Essa análise permite revelar a distância, o tipo e outras propriedades físicas de um evento transiente.
A maioria dos eventos da amostra do BTS é classificada em um dos dois tipos mais comuns: supernova do tipo Ia, quando uma anã branca rouba matéria de uma estrela vizinha até explodir, ou supernova do tipo II, quando uma estrela massiva morre e colapsa sob o efeito de sua própria gravidade. Graças a esses dados, os astrônomos estão agora melhor equipados para investigar o funcionamento da energia escura e entender os processos envolvidos na morte das estrelas.
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Com o ZTF, coletamos mais supernovas do Tipo Ia do que todos os levantamentos dos últimos trinta anos juntos", observa Mickaël Rigault, líder do grupo ZTF na França e do programa "Cosmologia" da colaboração.
Cerca de 70% das supernovas do estudo BTS foram detectadas e classificadas pela equipe do ZTF graças ao trabalho complementar de dois telescópios do observatório de Palomar, perto de San Diego. O primeiro é o telescópio Samuel Oschin, de 1,2 m de diâmetro. Ele examina todo o céu visível a cada duas noites com uma câmera de grande campo de 60 milhões de pixels montada em seu foco. Para detectar novos eventos astronômicos, os astrônomos subtraem as imagens da mesma porção do céu dos escaneamentos subsequentes.
A supernova SN 1994D (o ponto branco brilhante na parte inferior esquerda da imagem), na parte externa do disco da galáxia espiral NGC 4526.
Na fase seguinte do processo de descoberta, os membros da equipe do ZTF estudam as imagens subtraídas e acionam observações adicionais para os candidatos mais promissores com o telescópio vizinho de 1,5 m, que abriga o espectrógrafo do ZTF chamado SEDm. "
Combinamos as informações sobre a luminosidade fornecidas pela câmera do ZTF com os dados do SEDM para identificar corretamente a origem e o tipo de um evento transiente, um processo que os astrônomos chamam de classificação de eventos transientes", explica Yu-Jing Qin, pós-doutorando no Caltech.
Para isso, o grupo do IP2I (CNRS/Universidade Claude Bernard) liderado por Mickaël Rigault implementou o primeiro pipeline totalmente automatizado de redução de dados espectroscópicos do SEDm. "
Assim, obtemos um espectro analisável pelos cientistas em menos de 5 minutos após o fim da observação", detalha Mickaël Rigault.
Desde 2012, os astrônomos acompanham as descobertas de eventos transientes em uma plataforma pública chamada "
Transient Name Server" (TNS). A comunidade global usa essa plataforma para anunciar detecções e classificações de eventos transientes.
Ao compartilhar suas descobertas, os astrônomos criam um observatório global virtual onde eventos transientes não classificados podem ser classificados por outras equipes de astrônomos com instalações espectroscópicas. Graças a esse esforço conjunto, o TNS contém hoje cerca de 16.000 registros de supernovas classificadas e outros eventos transientes. "
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 associou a especialistas em aprendizado de máquina no Caltech para treinar computadores a ler os dados espectroscópicos do SEDm, classificar supernovas e transmitir automaticamente os resultados ao
Transient Name Server alguns minutos após as observações. Em 2023, o doutorando Nabeel Rehemtulla da
Northwestern University estendeu o uso do aprendizado de máquina a todo o ciclo de observação. Ele desenvolveu o sistema BTSbot, que atualmente é usado no ZTF para descobrir, classificar e relatar supernovas sem intervenção humana.
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Desde que o BTSbot começou a operar, ele encontrou cerca de metade das supernovas mais brilhantes do ZTF antes de um humano. Para alguns tipos de supernovas, automatizamos todo o processo, e o BTSbot obteve excelentes resultados em mais de cem casos até agora. Esse é o futuro dos estudos de supernovas, especialmente quando o observatório Vera Rubin entrar em operação", acrescenta Nabeel Rehemtulla.
O observatório Vera Rubin está em construção nas montanhas do Chile 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 o ZTF serão essenciais quando o observatório Vera Rubin começar a operar", explica Daniel Perley, astrônomo da universidade
John Moores de Liverpool, no Reino Unido, que desenvolveu os procedimentos de busca e descoberta para o BTS e gerencia o banco de dados público do estudo. "
Os resultados de nosso trabalho no ZTF e as ferramentas que desenvolvemos serão valiosos para o estudo dos milhões de supernovas que o Rubin descobrirá", acrescenta Mickaël Rigault.
Graças a um financiamento adicional de 1,6 milhão de dólares da Fundação Nacional de Ciência dos Estados Unidos (NSF), o ZTF continuará a examinar o céu noturno nos próximos dois anos.
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Em 2025 e 2026, o ZTF e o Vera Rubin poderão operar em conjunto, o que é uma notícia fantástica", declara Mansi Kasliwal, professora de astronomia no Caltech, que liderará o ZTF nos próximos dois anos. "
Ao combinar os dados dos dois observatórios, os astrônomos podem abordar diretamente a física por trás da explosão das supernovas e descobrir eventos transientes rápidos e jovens inacessíveis ao ZTF ou ao Rubin sozinhos. Estou muito entusiasmada com o futuro", conclui Mansi Kasliwal.
Fonte: CNRS IN2P3