Poszukiwania optycznych odpowiednikw byskw gamma Marcin Sokoowski IPJ
Poszukiwania optycznych odpowiedników błysków gamma Marcin Sokołowski IPJ Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Plan Seminarium ● Błyski Gamma ● Odpowiednki błysków gamma ( ang. Afterglow ) ● Eksperymenty poszukujące afterglow-ów ● Eksperyment “p of the sky” ● Algorytmy identyfikacji błysków ● Podsumowanie Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Błyski Gamma ang. Gamma Ray Bursts ( GRB ) ● ● ● odkryte w 1967 roku przez satelity szpiegowskie USA krótkie ( 0. 1 – 100 s ) pulsy promieni gamma ( pochodzące z punktowych źródeł na niebie < 1 Me. V ) 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 ) Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
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 Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Błyski Gamma – Historia Pierwszy zaboserwowany błysk gamma satelita VELA , rok 1967 Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Błyski Gamma krótkie (0. 1 -1 s) i długie (10 -100 s) Długości trwania błysków zaobserwowanych przez satelite BATSE Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Błyski Gamma - klasyfikacja Dwie klasy błysków : - krótkie ~ 0. 1 - 1 sec - długie ~ 10 -100 sec Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Błyski Gamma - pochodzenie Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Błyski Gamma - powstawanie ● ● prawdopodobnie długie błyski są związane z wybuchami supernowych ( widmo GRB 030329 vs SN 1998 bw ) o krótkich błyskach wiadomo bardzo niewiele być może są to zderzenia dwóch gwiazd neutronowych, dwóch czarnych dziur lub czarnej dziury i gwiazdy neutronowej Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
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 ( GRB 979228 ) , w zakresie promieniowania X następnie udało sie zaobserwować optyczne odpowiedniki błysków gamma i zmierzyć ich przesunięcia ku czerwieni (ang. redshift): GRB 970508 ( z = 0. 835 ), GRB 971214 ( z = 3. 1418 ) co potwierdziło kosmologiczne pochodzenie zjawiska GRB Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
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 Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Sieć Bacodine / GCN kluczowe znaczenie dla poszukiwania odpowiedników błysków gamma w innych zakresach fal elektromagnetycznych Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
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 Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Robotic Experiments ● ● udało się zaobserwować ~30 widzialnych odpowiedników błysków gamma ale zaledwie 4 w ciągu godziny od triggera zmierzyć redshift ~20 najbardziej spektakularny błysk GRB 990123, zaobserwowany przez ROTSE, kilkanaście sekund po detekcji gamma przez satelitę, o jasności 9 magnitudo (15 razy mniej niż może zobaczyć oko ludzkie) Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
GRB 990123 Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
GRB 990123 Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Robotic Experiments Problemy : ● ● opóźnienie w stosunku do triggera niedokladność lokalizacji wyznaczonej przez detektory gamma utrudnia odnalezienie błysku na niebie Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Magnitudo 4 błyski widziane <3 h po alercie Time from trigger (sec) Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
“p of the Sky” eksperyment ● docelowo 16 camer CCD 2048 x 2062 pixle, ogniskowa 50 mm ● 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 Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
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” : Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
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 Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Klatka przed filtrem Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004 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 Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Efektywność vs Tło 1000 klatek testowych Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Tło od kosmików -2 -1 +2 Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004 0 +1
Potwierdzenie na następnej klatce Niebezpieczeństwo niezauważenia krótkich błysków Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Koicydencja dwóch kamer CCD Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Detektor Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
Podsumowanie ● ● eksperyment “p of 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 ● Seminarium Doktoranckie IPJ 02 -III-2004
- Slides: 29