Rastreando eventos fugaces con Rubin

¿Sabías que… en la actualidad, la búsqueda de objetos transitorios más exitosa la realiza la Instalación Transitoria de Zwicky (Caltech), que detecta y envía alertas de hasta 100.000 transitorios por noche? La TVS del Observatorio Rubin eclipsará a Zwicky, encontrando 100 veces más transitorios cada noche. Curiosamente, ambos proyectos, Zwicky y Rubin, llevan el nombre de los astrónomos (Fritz Zwicky y Vera Rubin) que descubrieron de forma independiente pruebas de la existencia de la materia oscura.

Si algo inesperado ocurre en el cielo nocturno del hemisferio sur, no se le escapará al Observatorio Vera C. Rubin. Su misión consiste en observar repetidamente todo el cielo nocturno, desde el borde sur del Desierto de Atacama en Chile. Para ello, captará un área del cielo equivalente al tamaño de 40 lunas llenas en cada par de exposiciones de 15 segundos tomadas por la cámara de 3.200 megapíxeles del Simonyi Survey Telescope de 8,4 metros.

A lo largo de 10 años, recogerá unos colosales 500 petabytes de datos, y entre todas las estrellas, nebulosas y galaxias que rastreará, habrá millones de objetos transitorios, es decir, fenómenos extraños que se mueven en el cielo nocturno. Estos eventos pueden ir desde cometas y asteroides que atraviesan el Sistema Solar, hasta las brillantes explosiones de supernovas y los estallidos de agujeros negros activos en el centro de las galaxias, pasando por las fluctuaciones de todo tipo de estrellas variables. La cobertura del cielo nocturno vista desde Chile será tan completa, que todo lo que cambie o se mueva en él podrá ser detectado.

Los astrónomos denominan a éstos eventos como fenómenos transitorios (transients en inglés), y la disciplina que los estudia se le denomina astronomía en el dominio del tiempo.

Impresión artística de una estrella binaria interactuante y magnéticamente activa, que puede producir llamaradas detectables por el Observatorio Rubin.

Credit: P. Marenfeld and NOAO/AURA/NSF.

Aunque los transitorios, por naturaleza, son inesperados, la probabilidad de que Rubin detecte muchos de ellos no lo es, pues gracias a su capacidad de cubrir el cielo de forma regular, este telescopio detectará millones de transitorios cada noche.

La coordinación de estas detecciones está a cargo de la Colaboración de la Ciencia de las Estrellas Variables y Transitorias (TVS por sus siglas en inglés) del Observatorio Rubin, co-presidida por Federica Bianco de la Universidad de Delaware, y Rachel Street, del Observatorio Las Cumbres.

“La TVS es una de las mayores colaboraciones científicas de Rubin, con más de 200 miembros repartidos en 17 países de los cinco continentes”, afirma Street. “También representa la mayor diversidad de temas científicos de todas las colaboraciones científicas de Rubin, con 15 subgrupos dedicados al estudio de fenómenos en el dominio del tiempo, tanto en entornos galácticos como extragalácticos, y en todas las escalas de tiempo y energía”.

Concepto artístico que muestra la explosión de una supernova de “inestabilidad de pares”; un tipo raro de supernova que señala la destrucción total de una estrella masiva. La TVS descubrirá muchas más supernovas de inestabilidad de pares.

Credit: Gemini Observatory/NSF/AURA/ illustration by Joy Pollard.

Aunque los transitorios, por naturaleza, son inesperados, la probabilidad de que Rubin detecte muchos de ellos no lo es, pues gracias a su capacidad de cubrir el cielo de forma regular, este telescopio detectará millones de transitorios cada noche.

Estos 15 subgrupos incluyen una extensa lista de transitorios que van desde estrellas binarias interactuantes hasta exoplanetas en tránsito (vea este enlace para la lista completa). Luego están los transitorios que no encajan en ninguna categoría, quizás porque son únicos o una nueva clase de objeto, y éstos son estudiados por el subgrupo de anomalías y verdaderas novedades. Los transitorios a escala galáctica y cosmológica tienen sus respectivos subgrupos, mientras que los transitorios utilizados para medir las distancias cósmicas (como las supernovas de tipo Ia y las variables cefeidas) serán del dominio del subgrupo de escalas de distancia. Por último, los astrónomos necesitan clasificar, caracterizar y hacer un seguimiento de todos estos fenómenos transitorios, para lo que existen otros dos subgrupos.

Cuando el Observatorio Rubin detecta un objeto transitorio, un software inteligente —como ANTARES, que forma parte de la Red de Observatorios de Eventos Astronómicos (AEON por sus siglas en inglés)— se encarga de marcarlo y proporciona alertas casi en tiempo real a los astrónomos, y si estos objetos son lo bastante importantes, podrán darles seguimiento con otros telescopios. Entre los transitorios importantes podemos encontrar el resplandor de una kilonova tras la fusión de una estrella de neutrones, o un rayo de luz que podría significar un asteroide potencialmente peligroso.

Pero todo esto es más fácil de decir que de hacer, y el software tiene que hacer frente a los cerca de 10 millones de objetos transitorios que se espera descubrir cada noche. Una vez que se reciba una alerta, se debe aprovechar el tiempo de observación en otros telescopios, como Gemini Sur y el telescopio Southern Astrophysical Research (SOAR), y así realizar un trabajo de seguimiento inmediato.

“La naturaleza impredecible de los fenómenos, y la limitada ventana de tiempo en la que se pueden realizar las observaciones, significa que los astrónomos tienen que llevar a cabo observaciones cuando se recibe la alerta de descubrimiento”, enfatiza Street. “Es esencial que, tras la alerta de descubrimiento inicial, las observaciones se realicen lo más rápido posible”.

Para ello, NOIRLab y el Observatorio Las Cumbres se han unido para producir AEON, la Red de Observación de Eventos Astronómicos. AEON es un sistema optimizado y automatizado para organizar las observaciones de seguimiento de los objetos transitorios descubiertos por Rubin, sin perturbar otras observaciones programadas en los telescopios de seguimiento. El sistema se ha probado en SOAR y pronto se pondrá en marcha en el Observatorio Gemini, que forma parte de NOIRLab de NSF.

Los agujeros negros activos llamados cuásares (como se ve en esta impresión artística) pueden fluctuar en cuestión de horas o días. La TVS buscará núcleos galácticos activos variables para entender mejor cómo se alimentan sus agujeros negros

Credit: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva (Spaceengine).

El seguimiento rápido es importante; si el objeto transitorio es una explosión de algún tipo, podría haber comenzado a desvanecerse para el momento en que otros telescopios enfoquen su atención sobre él. Por ejemplo, la rápida respuesta mundial a GW 170817, que fue un estallido de ondas gravitacionales provenientes de dos estrellas de neutrones que se fusionaron en la lejana galaxia NGC 4993, fue crucial para observar el resplandor resultante de la explosión, llamada kilonova, antes de que se desvaneciera.

La naturaleza impredecible de los fenómenos, y la limitada ventana de tiempo en la que se pueden realizar las observaciones, significa que los astrónomos tienen que llevar a cabo observaciones cuando se recibe la alerta de descubrimiento. Es esencial que, tras la alerta de descubrimiento inicial, las observaciones se realicen lo más rápido posible.

Donde la TVS transformará realmente la astronomía en el dominio del tiempo es en las estadísticas. El gran número de objetos transitorios proporcionará un punto de referencia para comprender las diferentes categorías de fenómenos transitorios. Por último, esto permitirá a los astrónomos comprender mejor si están viendo, por ejemplo, un transitorio típico o atípico cuando observan una supernova o una estrella variable. Esto permitirá conocer mejor los mecanismos que dan como resultado a todos estos transitorios, lo que a su vez ayudará a comprender mejor cómo funcionan las estrellas, las galaxias e incluso el propio universo.