Optyczne odpowiedniki błysków gamma

Transkrypt

1 Otyczne odowiedniki błysków gamma (Gamma Ray Bursts - GRB) Lech Wiktor Piotrowski of the Sky

2 Plan seminarium π Historia i stan obecny badań nad GRB Obserwacje otycznych odowiedników GRB Sukcesy Problemy Ekseryment π of the Sky Aaratura Algorytm rozoznawania błysków

3 Historia błysków gamma I błysk - satelita sziegowski VELA (1967) Lokalizacja - CRGO i BATSE (1990) izotroowy rozkład Pierwszy błysk stowarzyszony: BeoSAX (1997), roentgen omiar rzesunięcia ku czerwieni - ochodzenie ozagalaktyczne Obserwacja odowiedników w innych zakresach widma

4 Wiedza na dziś Izotroowy rozkład, ochodzenie ozagalaktyczne Energia erg sfer. (słońce: erg/s) 1-3 widocznych GRB na dobę na całym niebie Zaobserwowano ~3000 GRB, sośród nich 30 także w widmie otycznym (oświaty) Poświaty w zakresie widma: rentgenowskim, widzialnym i radiowym

5 Wiedza na dziś (2) Czas trwania: s 2 klasy błysków: t>2s (~30 s), t<2s (~0.3 s) Część długich błysków związana z suernowymi (GRB i SN1998bw) Dla krótkich błysków nie zaobserwowano otycznych odowiedników

6 Modele Długie błyski częściowo związane z wybuchami tzw. Hiernowych Suernowych o masach większych niż 20 mas Słońca Zaaść Hiernowej - fireball shock model Pochodzenie krótkich błysków całkowicie nieznane. Wiele modeli: Zderzenie dwóch gwiazd neutronowych Zderzenie dwóch czarnych dziur lub czarnej dziury i gwiazdy neutronowej Zaaść gwiazdy neutronowej do gwiazdy kwarkowej

7 Obserwacje błysków π Sieć GCN Komuter grb.fuw.edu.l już włączony do sieci GCN

8 Obserwacje błysków (2) Pola widzenia satelitów: HETE-2: 70 o x90 o SWIFT: całe niebo (start ?) Tryger z GCN: informacja zgrubna szybko, dokładna często o wielu godzinach Ekserymenty automatyczne o otrzymaniu trygera narowadzają się na wsółrzędne błysku: ROTSE Robotic Otical Transient Search Exeriment (1,85 o ) REM Raid Eye Mount (45 o ) TAROT Telescoe a Action Raide our les Objets Transitoires (2 o ) RAPTOR RAid Telescoes for Otical Resonse (40 o )

9 GRB Zarejestrowany 23 stycznia 1999 roku rzez ROTSE. Jedyny, który zaczęto obserwować krócej niż minutę o trygerze!

10 Widzialne błyski Tylko 4 błyski w świetle widzialnym z 30 były zaobserwowane w ciągu 3 godzin, a tylko jeden w ciągu minuty od błysku gamma

11 GRB Ekstraolacja GRB rzy założeniu, że ma takie samo nachylenie krzywej blasku co GRB990123, daje w momencie owstania jasność ~4 mag Obserwowalny gołym okiem!

12 Widzialne błyski jak na nie atrzeć? Czas o błysku 1 godzina 1 dzień kilka dni Średnica teleskou 25 cm 1 m 6 m

13 Problemy klasycznych ekserymentów automatycznych Ooźnienia trygera Oóźnienia w stosunku do trygera - Duża niedokładność wyznaczenia ołożenia błysku rzez GCN - Konieczność nakierowywania się na odowiednie wsółrzędne Często niezbyt wielki kąt widzenia Trudności z szybkim wcelowaniem w błysk GRB ROTSE działa coraz leiej tylko 3.5s czasu reakcji na tryger......który rzyszedł o 2 godzinach......nic nie zaobserwowano

14 Rozwiązania... Uniezależnienie się od trygera Czas dojazdu, możliwość niewcelowania w błysk Własny tryger Zwiększenie ola widzenia Ekseryment of the sky!

15 Motywacja Mała liczba zaobserwowanych błysków otycznych Tylko jeden zaobserwowany wcześniej niż minutę o GRB: Widać wyraźne zbocze narastające Brak obserwacji otycznych dla krótkich błysków gamma Brak szybkiego i dokładnego trygera dla dużych teleskoów Błysk otyczny może orzedzać GRB (B. Paczyński, astro-h/ ) Możliwość badania całego nieba w krótkim zakresie zmienności nietyowy ekseryment Możliwość wczesnego wykrywania suernowych Możliwość badania gwiazd szybkozmiennych Możliwość wykrywania...?

16 of the sky - metody badawcze Pokrycie kąta bryłowego onad nieba: 2x16 kamer CCD: 2000x2000 ikseli każda, ole widzenia: 35 o x35 o ogniskowa: 50 mm Krótki czas eksozycji ~ 5 s (inne ~20 s) Umiejscowienie obserwatorium w Las Camanas w Chile Uczestnicy: - IFD UW (M.Ćwiok, H.Czyrkowski, H.Dabrowski, W.Dominik, L.W. Piotrowski) - IPJ (K. Nawrocki, M. Sokołowski, G. Wrochna) - CFT (L. Mankiewicz, K. Kwiecińska) - ISE PW (A. Burd, M. Grajda, G. Kasrowicz, M. Jegier, Wsółraca: - OA UW (G. Pojmański) - Princeton University (B. Paczyński) K. Poźniak, R. Romaniuk, R. Salański, S. Stankiewicz, M. Zaczek) - OA UW (B. Pilecki, D. Szczygieł)

17 of the sky - stan na dziś 2 kamery 2000x2000 ikseli Ruchomy montaż (uleszony rojekt ASAS wyłączniki halotronowe, zgrubny odczyt ozycji, własne orogramowanie) Śledzenie ola widzenia HETE i reakcja na GCN Czas reakcji < 0s (inne > 10s), zdolność rozdzielcza 7s (inne ~20s), zasięg 11-12m (inne 13-15m) Niebawem: własne trygery do GCN i ASASa (telesko 25 cm) Tryb racy: - eksozycja co 7s - koincydencja dwóch kamer (ten sam wycinek nieba) Testy: Działanie kamer dach w Brwinowie Algorytmy symulacje na zarejestrowanych klatkach Wyjazd do Chile: 20 czerwca 2004!

18 Kamery Pierwszy rototy: kamera 768x512 ikseli Aktualnie 2000x2000 ikseli: - Piksel o rozmiarach 15 mm x 15 mm - Roziętość obrazu: 31x 31 mm - Interfejs USB 2.0 (do 60 MB/s) - Chłodzenie ogniwa Peliera, wentylatory - Hermetyczna obudowa wyełniona argonem - Własny rojekt i wykonanie - Zawiera rocesor i amięć RAM - Programowalna elektronika (FPGA) - Możliwość rzerogramowywania rzez USB i Internet - Migawka ma wytrzymać 10 7 mignięć Obiektyw: f=50mm, f/1.4, Carl Zeiss Contact Planar

19 Strumień danych Strumień: 2x16 kamer daje: ~45 MB/s Oznacza to: ~160 GB/h Zbyt wiele do archwizacji i analizy offline! Konieczna redukcja strumienia - wielostoniowy tryger (jak w fizyce cząstek) Orogramowanie dokonuje selekcji interesujących rzyadków: - orównuje obrazy z dwóch kamer - wyszukuje błyski sełniające określone kryteria - archiwizuje interesujące fragmenty klatek

20 Jak rozoznać błysk? Algorytmy astrometryczne: Odejmowanie list obiektów (gwiazd) rozoznanych na klatkach Porównywanie list rozoznanych obiektów z listami znanych obiektów Zbyt wolne rzy takim strumieniu danych Odejmowanie klatek: Odjęcie gwiazdy na dwóch kolejnych klatkach nie zawsze daje zero skutek ruchu sfery niebieskiej i fluktuacji Konieczna bardziej złożona analiza

21 Procedura rozoznawania błysków Kamera 1 Nowa Klatka Tworzenie listy obiektów Odrzucenie stałych gwiazd Pamięć ostatnich n klatek Odrzucanie satelitów, samolotów, it. Kamera 2 Zais danych Wysłanie trygera Porównanie z katalogami: gwiazd stałych, zmiennych SN, satelitów Koincydencja (odrzuc. m kosmicz.)

22 Procedura rozoznawania błysków Błysk = coś na aktualnej klatce + nic na orzedniej klatce Kluczowe kroki to: Szukanie jasnych obiektów dolny róg jasności aktualnej klatki Odrzucenie stałych gwiazd górny róg jasności orzednich klatek Ruch sfery niebieskiej i fluktuacje konieczna analiza obszaru, a nie ojedynczego iksela Eliminacja fluktuacji uśrednianie klatek

23 Metoda oeratorowa Analogia do klasycznej elektrodynamiki: - Rzeczywiste obiekty (unktowe) ładunki generujące ole - Widoczny obraz (rozmyty rzez atmosferę i otykę) ole elektromagnetyczne - Dane ole, szukanie ładunków równanie Lalace'a Dyskretny lalasjan (odejmowanie lokalnego tła): D=S /n( ) - S /n( ) Szukamy oeratora g odowiedniego do ola niebieskiego : Dla każdego iksela na klatce liczona jest wartość g. Warunki konieczne błysku: g>t n na aktualnej klatce, g<t v na średniej z orzednich klatek. T n róg jasności na coś, T v róg jasności na nic

24 Przed i o Lalasjanie Przed zastosowaniem filtra Po zastosowaniu filtra

25 Symulacja Do analizy wydajności algorytmu konieczne są symulacje detekcji błysków. W tym celu wykorzystuje się: - Rzeczywiste tło - klatki ze sfotografowanych nocy - Symulowany sygnał - zbiory obrazów gwiazd o zadanej jasności (wycięte z innych klatek) Przebieg symulacji: - Na aktualną klatkę wkleja się w losowe miejsce gwiazdę - Klatka oddawana jest analizie - Wydajność: stosunek liczby wykrytych do wszystkich wklejonych gwiazd - Tło: liczba ozostałych wykrytych obiektów

26 Symulacja - wyniki 1000 klatek. Widoczna wyraźna dolna granica tła rzeczywiste rzyadki

27 Tło Od czego ochodzi tło na klatkach? - Fluktuacje stałych gwiazd eliminowane cięciami T n i T v - Miony kosmiczne - Efekty aaraturowe (ciemne iksele, gorące iksele it.) - Satelity, samoloty i śmieci kosmiczne Niektóre m kształt wyraźnie gaussowski

28 Koincydencja Rozwiązania roblemu mionów kosmicznych: - Uderzają tylko w jedną z kamer, niewidoczne na drugiej Koincydencja redukuje również tło związane z efektami aaraturowymi

29 Eliminacja rzyziemnych błysków Samoloty widoczne jako grube kreski na ojedynczej klatce Trzy drogi eliminacji: - Kilka rzyadków w małym obszarze - Kształt lamy wokół błysku - Doasowanie do rostej Satelity i śmieci kosmiczne widoczne jako błyski identyczne z oszukiwanymi - Doasowanie do rostej szukanie toru satelity - Baza danych... Zawór bezieczeństwa eliminacja klatek ze zbyt dużą liczbą rzyadków - Zaświecenie w obiektyw - Poruszenie kamery

30 Problemy z satelitami Satelity rzy naszym owiększeniu identyczne od względem własności jak błyskające gwiazdy. Problem w rzyadku analizy danych z dwóch kamer: Jeżeli satelita błyska mało razy lub raz w obszarze widzenia kamery nie można doasować rostej Rozwiązanie: wyszukiwanie rzyadków w katalogu satelitów Problem: nie wszystkie satelity i śmieci w katalogu... Obraz torów satelitów rzecinających ole widzenia kamer w ciągu jednej nocy. Uzyskane z bazy danych 1600 satelitów

31 Przykładowy błysk satelity

32 Błysk satelity o 2:51

33 Aktualny stan rac Gotowe i rzetestowane: Aaratura, czyli dwie kamery, montaż i komutery Trwa: - Integracja orogramowania - Wyszukiwanie otymalnych arametrów algorytmu - Transort domków do Chile Stan algorytmu: Dla gwiazd rzędu 9 mag efektywność rawdoodobnie >85% i tło <10 rzyadków na noc z jednej kamery Prawdoodobnie bo... niekonsystentne noce z różnych faz działania kamer trzeba rzetestować więcej nocy Sodziewany zasięg w LCO ~11 m, onieważ tło nieba jest tam 15x mniejsze niz w Brwinowie

34 Czy coś zaobserwowaliśmy? Kandydat na GRB Błysk widoczny na dwóch kolejnych klatkach

35 GRB040321? Środkowy dolny krzyżyk oznacza katalogowe ołożenie galaktyki. Pozostałe - gwiazd.

36 Podsumowanie Błyski gamma jedno z najciekawszych zagadnień wsółczesnej astrofizyki Otyczne odowiedniki konieczne do zbadania i zrozumienia błysków gamma, ciągle niezbadane Klasyczne ekserymenty automatyczne roblemy z trygerem i czasem reakcji π of the sky - ierwszy ekseryment obserwujący π nieba Duży strumień danych konieczność złożonej analizy i selekcji rzyadków online Prototy w Las Camanas rusza już w czerwcu!

37 Zaroszenie Pokaz działania aaratury of the sky ZA CHWILĘ w okoju 118 w awilonie IPJ