Poszukiwania optycznych odpowiedników błysków gamma Marcin Sokołowski IPJ
Plan Seminarium Błyski Gamma Odpowiednki błysków gamma ( ang. Afterglow ) Eksperymenty poszukujące afterglow-ów Eksperyment π οf the sky Algorytmy identyfikacji błysków Podsumowanie
Błyski Gamma ang. Gamma Ray Bursts ( GRB ) odkryte w 1967 roku przez satelity szpiegowskie USA krótkie ( 0.1 100 s ) pulsy promieni gamma ( < 1 MeV ) pochodzące z punktowych źródeł na niebie pochodzenie pozagalaktyczne największe znane we wszechświecie kataklizmy o energii : erg/s = J/s = 0.001 /s częstość : ~ 3 dziennie ( obserwowane kilka na miesiąc ) prawdopodobnie zwykle towarzyszą im błyski w swietle widzialnym ale udało się zaobserwować tylko około 30 (z ~3000 GRB )
Energie zjawisk w skali ludzkiej 1 ergs = podskok komara 10^3 ergs = podrzucenie piłki 10^10 ergs = zderzenie ciężarówki 10^20 ergs = bomba wodorowa 10^26 ergs = killer asteroid Energie w skali astronomicznej 10^33 ergs/s = Słońce 10^39 ergs/s = Nova 10^41 ergs/s = Super Nova 10^45 ergs/s = Galaktyka 10^52 ergs/s = GRB
Błyski Gamma Historia Pierwszy zaboserwowany błysk gamma satelita VELA, rok 1967
Błyski Gamma krótkie (0.1-1s) i długie (10-100s) Długości trwania błysków zaobserwowanych przez satelite BATSE
Błyski Gamma - klasyfikacja Dwie klasy błysków : - krótkie ~ 0.1-1 sec -długie ~ 10-100 sec
Błyski Gamma - pochodzenie
Błyski Gamma - powstawanie prawdopodobnie długie błyski są związane z wybuchami supernowych ( widmo GRB030329 vs SN 1998bw ) o krótkich błyskach wiadomo bardzo niewiele być może są to zderzenia dwóch gwiazd neutronowych, dwóch czarnych dziur lub czarnej dziury i gwiazdy neutronowej
Optyczne odpowiedniki błysków gamma ang. Afterwglows przed rokiem 1997 istniały przewidywania, że błyskom gamma powinien towarzyszyć błysk w innych cześciach widma w 1997 roku włosko-holenderski satelita Beppo-SAX zaobserwował pierwszy afterglow ( GRB979228 ), w zakresie promieniowania X następnie udało sie zaobserwować optyczne odpowiedniki błysków gamma i zmierzyć ich przesunięcia ku czerwieni (ang.redshift): GRB970508 ( z = 0.835 ), GRB971214 ( z = 3.1418 ) co potwierdziło kosmologiczne pochodzenie zjawiska GRB
Optyczne odpowiedniki GRB motywacja Umożliwiają wyznacznie położenia i identyfikację obiektu ( z dokładnoscią do sekund łuku ) analiza widmowa jest podstawowym narzędziem do wyjaśniania zjawisk zachodzących w gwiazdach i umożliwi wyjaśnienie zagadki GRB analiza widmowa Identyfikacja pierwiastków Przesunięcie ku czerwieni Odległość Energia
Sieć Bacodine / GCN kluczowe znaczenie dla poszukiwania odpowiedników błysków gamma w innych zakresach fal elektromagnetycznych
Robotic experiments Po otrzymaniu trigger-a z sieci GCN ze współrzednymi błysku ( pole o rozmiarach x ), automatycznie naprowadzają sie na wskazany obszar, robią zdjecia i poszukują błysku. Robotic experiments : ROTSE - Robotic Optical Transient Serach Experiment REM - Rapid Eye Mount TAROT - Telescope a Action Rapide pour les Objets Tranistoires RAPTOR RApid Telescopes for Optical Response
Robotic Experiments udało się zaobserwować ~30 widzialnych odpowiedników błysków gamma ale zaledwie 4 w ciągu godziny od triggera zmierzyć redshift ~20 najbardziej spektakularny błysk GRB990123, zaobserwowany przez ROTSE, kilkanaście sekund po detekcji gamma przez satelitę, o jasności 9 magnitudo (15 razy mniej niż może zobaczyć oko ludzkie)
GRB990123
GRB990123
Robotic Experiments Problemy : opóźnienie w stosunku do triggera niedokladność lokalizacji wyznaczonej przez detektory gamma utrudnia odnalezienie błysku na niebie
4 błyski widziane <3h po alercie Magnitudo Time from trigger (sec)
π of the Sky eksperyment docelowo 16 camer CCD 2048x2062 pixle, ogniskowa 50mm przechowywanie poprzednich klatek algorytm identyfikacji błysków analizuje nową klatkę porównując ją z poprzednimi gdy przychodzi trigger z satelity wciąż posiadamy wcześniejsze klatki ( czas reakcji < 0 ) Generowanie własnych triggerów
Jak wykrywać błyski? wyszukanie wszystkich gwiazd na nowej klatce i porównanie tej listy z poprzednią jest to zbyt wolne odjecie poprzedniej klatki od nowej pixel po pixlu - nie działa, pojawiają się ząbki :
Algorytm identyfikacji błysków Operujemy na sumie kilku okolicznych pixli : aby lokalnie odjąć tło nieba dodajemy minusy ( Laplacjan ) : żadamy aby nowej klatce : warunkiem na poprzednią klatkę jest : gdzie jest średnią z poprzednich N klatek dla danej pozycji
Klatka przed filtrem Klatka po filtrze
Testowanie algorytmów przygotowujemy listę gwiazd o znanych wielkościach wyciętych z zebranych klatek możliwie największą liczbę klatek zebranych w ciągu jednej nocy poddajemy analizie, na każdej klatce wklejając losowo wybraną gwiazdę testową o zadanej jasności z takiej symulacji otrzymujemy efektywność wykrywania błysków o zadanaj jasnosci oraz liczbę przypadków tła zmieniając parametry algorytmu poszukujemy takich które działają z najwiekszą efektywnością przy możliwie najmniejszej liczbie przypadków tła
Efektywność vs Tło 1000 klatek testowych
Tło od kosmików -2-1 0 +1 +2
Potwierdzenie na następnej klatce Niebezpieczeństwo niezauważenia krótkich błysków
Koicydencja dwóch kamer CCD
Detektor
Podsumowanie eksperyment π οf the sky umożliwi wczesne wyznaczenie położenia błysków gamma naprowadzenie dużych teleskopów i obserwacje widzialnych odpowiedników błysków gamma działanie w oparciu o triggery z GCN, z możliwością samodzielnego generowania triggerów