ANTARES: Más que un simple concepto estelar

En su tiempo libre, a Tom Matheson le gusta sacar fotografías de la vida silvestre que le rodea. Al igual que muchos de los astrónomos de NOIRLab, Matheson vive en Arizona, entre los matorrales del desierto, las montañas y todo tipo de lagartos, picaflores o colibríes y coyotes. “Vivo en las afueras de la ciudad, y he estado sentado aquí en mi casa-oficina mirando por mi ventana, y puedo ver coyotes, jabalinas y linces. Así que me gusta fotografiar la fauna que nos rodea”, dice.

Finn Matheson junto con su 'papa' Tom. Finn ayuda a Tom a liderar el equipo detrás del sistema Arizona-NOIRLab Temporal Analysis and Response to Events System (ANTARES).

Credit: Tom Matheson

Matheson encuentra muchas similitudes entre astronomía y fotografía, porque ambas disciplinas incluyen la óptica, ya sea en los telescopios o en los lentes de cámaras fotográficas. Además, actualmente ambas disciplinas están digitalizadas. No importa si se trata de una imagen del Observatorio Gemini o de una fotografía de vida silvestre tomada con una cámara réflex digital de objectivo único (DSLR), en ambos casos existe una transferencia cruzada del conocimiento requerido para procesar ambos tipos de imágenes.

¿Sabías que cuando ANTARES encuentra un objetivo de interés envía alertas a los astrónomos a través de la plataforma de comunicación Slack, correos electrónicos, webhooks o Servicio de Mensajes Cortos (SMS) por celular?

En el caso de Matheson, lo anterior es claramente una ventaja que aprovecha en su trabajo diario para buscar formas de sacar el mejor provecho a las imágenes del cielo nocturno obtenidas por telescopios. Si bien el comportamiento nocturno de la vida silvestre, como los coyotes y lagartos, es muy interesante, Matheson busca registrar la actividad de los llamados “transientes”, es decir, objetos en el cielo nocturno que parecen cambiar, ya sea en luminosidad o posición. Así es como los astrónomos buscan todo tipo de actividad cósmica, desde estallidos de estrellas hasta agujeros negros activos.

Si nos remontamos a 20 ó 30 años atrás, el descubrimiento de los objetos transitorios era muy rudimentario y a menudo dependía de que un astrónomo viera algo a simple vista. “Cuando estaba haciendo mi posgrado en los años noventa, si alguien veía algo, llamaban a alguien en un telescopio, y el índice era una o dos cosas (descubiertas) por noche”, explicó Matheson al recordar que los primeros investigadores de explosiones de rayos gamma dormían con sus teléfonos sobre sus cabezas para asegurarse de no perderse ninguna alerta de este tipo de fenómenos.

Una ilustración artística de los objetos transitorios, que incluye explosiones de rayos gamma, supernovas y novas.

Credit: NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld

Por suerte, las cosas han evolucionado mucho desde ese entonces. Con el desarrollo de las sensibles cámaras all-sky, como las del Telescopio Samuel Oschin de Palomar, que comprende la Instalación Transitoria Zwicky (ZTF por sus siglas en inglés), y el Proyecto Vera C. Rubin con su Telescopio de 8,4 metros Simonyi Survey en Chile, el número de transitorios o transientes descubiertos y observados por noche se van a incrementar, probablemente en millones de ellos cada noche. Esto causa un problema, porque el tiempo de seguimiento en otros telescopios es limitado y muchos objetos transitorios terminan perdiéndose en los archivos de datos.

Matheson recuerda que los primeros investigadores de explosiones de rayos gamma dormían con sus teléfonos sobre sus cabezas para asegurarse de no perderse ninguna alerta de este tipo de fenómenos.

Para apreciar de mejor forma esta exuberante vida silvestre cósmica, Matheson y sus colegas desarrollaron el Sistema de Análisis Temporal y Respuesta a Eventos de Arizona-NOAO (en inglés, Arizona–NOIRLab Temporal Analysis and Response to Events System) o de forma abreviada, ANTARES. Se trata de un software diseñado para clasificar todos los objetos transitorios descubiertos cada noche, individualizando los más interesantes para las observaciones de seguimiento.

El sistema puede trabajar directamente con el Kit de herramientas del Target and Observation Manager (TOM), desarrollado por ingenieros de software en el Observatorio Las Cumbres. Este software de acceso abierto permite a los astrónomos crear su propio sistema de alerta TOM, adaptándolo a su investigación para que puedan priorizar objetivos, y manejar observaciones y datos. Por otra parte, el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) de NOIRLab brinda soporte a ANTARES a través del desarrollo de Servicios de Dominio de Tiempo.

“Este es un proyecto que los científicos de NOIRLab hace mucho tiempo queríamos crear, porque sabíamos que cuando Rubin comience sus observaciones, habrá un flujo tremendo de alertas astronómicas”.

ANTARES actualmente trabaja junto a la Instalación Transitoria Zwicky (ZTF), que se encuentra en el Telescopio Samuel Oschin en el Observatorio Palomar. Su interfaz se muestra aquí.

Credit: Tom Matheson

ANTARES actualmente trabaja con la Instalación Transitoria Zwicky en el telescopio Schmidt del Observatorio Palomar, pero el Observatorio Rubin proporcionará un flujo de alertas 100 veces más grande como parte del Estudio del Espacio-Tiempo como Legado para la Posteridad (LSST por sus siglas en inglés).

Observatorios como Palomar y Rubin operan tomando imágenes de grandes áreas del cielo. Luego se extraen una imagen referencial de estas imágenes, de modo que todo lo que parece igual, es decir, que tenga el mismo brillo o que no se haya movido, desaparece después de esta sustracción, mientras que lo que queda es el objeto astronómico que ha cambiado.

“Necesitábamos encontrar una forma de clasificar automáticamente todos esos datos y decidir en qué aspectos valdría la pena invertir más esfuerzo para conocerlos, y eso es lo que hace ANTARES”, indicó Matheson.

ANTARES aplica filtros a los datos de los objetos transitorios para acotar cuáles son de mayor interés. ¿El objeto transitorio se encuentra cerca o dentro de una galaxia distante? Si es el último caso, ¿qué clase de galaxia es y qué tan lejos está? ¿Se encuentra en el plano galáctico? ¿Cuánto cambió su brillo? ¿Ha tenido antes una explosión? Los filtros pueden consultar catálogos astronómicos de galaxias y estrellas variables conocidas, y pueden caracterizar a los objetos transitorios en tiempo real. Si un astrónomo está interesado en un tipo de objeto en particular, puede utilizar filtros específicos para procesar los datos. Una vez que ANTARES descifre lo que podría ser un objeto transitorio, envía una alerta a los astrónomos y observatorios que puedan estar interesados en seguirlo con sus telescopios, y además incluye el objeto transitorio en las listas de monitoreo.

Matheson nos da un ejemplo de cómo un astrónomo fellow en NOIRLab, Chien-Hsiu Lee, utilizó el sistema ANTARES para descubrir un tipo raro de estrella variable llamada “estrella R Coronae Borealis”, que lleva el nombre de un miembro de la constelación Corona Borealis, que es un arquetipo de este tipo de estrella. Se trata de una supergigante amarilla que a veces se oscurece drásticamente por varios meses, porque una nube de polvo de carbono bloquea parte de la luz de la estrella. Entonces, en este caso, el objeto transitorio destaca por volverse más tenue y no más brillante.

Una R Coronae Borealis es una supergigante amarilla que a veces se oscurece drásticamente por varios meses debido a una nube de polvo de carbono que bloquea su luz.

Credit: NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld

El sistema de filtros ANTARES permitió identificar la nueva estrella R Coronae Borealis y rastrearla a través de varios catálogos astronómicos que pudieron haberla registrado, demostrando además que también era una fuente de luz infrarroja brillante —algo típico de las estrellas rodeadas por grandes nubes de polvo.

“Pudimos descubrir todo esto porque ANTARES nos lo dijo automáticamente; no tuvimos que buscarlo por nuestra cuenta”, indica Matheson. Esto hace que el estudio de objetos transitorios sea más accesible para los científicos y estudiantes de todo el mundo, y Matheson se refiere a esto como la democratización del dominio del tiempo (el dominio del tiempo es el campo en la astronomía que busca objetos que cambian con el tiempo, por ejemplo, los objetos transitorios).

Este es un proyecto que los científicos de NOIRLab hace mucho tiempo queríamos crear, porque sabíamos que, cuando Rubin comience sus observaciones, habrá un flujo tremendo de alertas astronómicas.

Si bien ANTARES permite que los astrónomos trabajen de forma más independiente, el desarrollo de este sistema fue todo menos un proceso independiente. Matheson y sus colegas astrónomos fellow tuvieron que trabajar con desarrolladores de software y científicos de la computación para crear ANTARES, y este enfoque interdisciplinario fue muy agradable y educativo.

“Comenzamos a trabajar con científicos de la computación de la Universidad de Arizona y fue muy revelador, porque tuvimos que aprender un lenguaje completamente diferente para hablar entre nosotros. Lo mismo sucedió con nuestros desarrolladores de software. La forma en que ellos piensan en la aplicación de las ideas es diferente de la forma en la que nosotros (los astrónomos) pensamos en la aplicación de esas ideas. Así que lo más agradable de este proceso ha sido aprender cómo funcionan las cosas en todo este problema multidisciplinar”.