Ruszyła kampania O4 obserwacji fal grawitacyjnych LVK i są potrzebni astroamatorzy-Łowcy Kilonowych

Rybi · 28 Czerwca 2023

Miłośnicy astronomii posiadający sprzęt do astrofotografii (montaż z goto; teleskop >=15-20cm; kamera mono CMOS/CCD) mogą uczestniczyć na pierwszej linii badań naukowych, dołączając do międzynarodowej akcji poszukiwania optycznych odpowiedników fal grawitacyjnych w ramach projektu nauki obywatelskiej „Łowców Kilonowych” (ang. Kilonova Catchers). Przy obecnej kampanii O4 do opisanej powyżej konfiguracji sprzętowej konieczny jest przynajmniej jeden (a najlepiej dwa) filtr astronomiczny z dwóch oddzielnych grup filtrów «niebieskich» (UBV/ug) lub «czerwonych» (RI/riz).
W szczególności już w dniu 27 czerwca 2023r. została podjęta próba weryfikacji przez Łowców Kilonowych, czy podczas prawdopodobnej koalescencji S230627c da się zaobserwować optyczny odpowiednik tego zjawiska spośród czterech słabych pojaśnień zaobserwowanych na niebie w prawdopodobnym obszarze S230627c przez przegląd ZTF.

1. Kampanie obserwacyjne fal grawitacyjnych

Od 24 maja 2023 roku ruszała kampania O4 obserwacji fal grawitacyjnych, która potrwa do końca 2024 roku. Pierwszy miesiąc to był etap techniczny/inżynieryjny działania interferometrów fal grawitacyjnych i na razie uczestniczyły w nim przede wszystkim dwa interferometry LIGO. Stopniowo będą dołączały interferometry Virgo i KAGRA zgodnie z poniższym diagramem.

Zaktualizowana na dzień 15 czerwca 2023 r. lista kampanii obserwacyjnych O1, …, O5 fal grawitacyjnych za pomocą interferometrów LIGO, Virgo i KAGRA (LVK). Od 24 maja 2023r. do końca 2024. będzie trwała kampania obserwacyjna O4. Przy kampaniach obserwacyjnych podano oczekiwaną granicę detekcji fal grawitacyjnych w megaparsekach przez interferometry LIGO-Virgo-KAGRA podczas zjawiska połączenia się układu podwójnego gwiazda neutronowa+czarna dziura. Źródło: the KAGRA Collaboration, the LIGO Scientific Collaboration, and the Virgo Collaboration [8]

2. Co to są kilonowe?

Jest to zjawisko połączenia się / koalescencji układu podwójnego gwiazd neutronowych lub układ gwiazda neutronowa-czarna dziura. Podczas tego zjawiska oprócz powstania fal grawitacyjnych oczekuje się również emisji w zakresie promieniowania elektromagnetycznego, które w sprzyjających okolicznościach mogą zostać zaobserwowane na Ziemi.

Pojęcie kilonowej wprowadził Metzger ze współpracownikami w 2010 roku. Na podstawie symulacji numerycznych autorzy oszacowali rzeczywistą wielkość dzielności promieniowania w maksimum na kilka razy 10⁴¹ ergów/sek (jasność absolutna MV = -16^m), uwzględniając procesy „r”, jako źródło energii. Czyli obiekt staje się około tysiąc razy (= kilo!) jaśniejszy w maksimum niż klasyczna nowa – stąd kilonowa. Jest to jasność w maksimum pośrednia pomiędzy klasyczną nową i supernową.

Rzadziej kilonowe nazywane są makronowymi (ang. macronova). To pojęcie wprowadził w 2005 roku Kulkarni i jest bardziej ogólne, ponieważ nie jest tak ściśle związane z jasnością, jak kilonowa (jasność ~ 1000 x klasyczna nowa) – co może się zmieniać w miarę ewolucji fizycznego modelu zjawiska.

Rozróżniamy dwa rodzaje kilonowych podczas koalescencji gwiazd neutronowych (gw.neutronowa+czarna dziura):
• niebieska kilonowa, która dominuje w całkowitej emisji promieniowania przez pierwsze godziny po szybkim spadku jasności >1^m/dzień w filtrach UBV (ug),
• czerwona kilonowa - początkowo dominuje niebieska kilonowa. Natomiast czerwony składnik przeważa po 1-2
dniach od zlania się gwiazd neutronowych. Świeci głównie w filtrach Rc, Ic J, H (r,i,z) ze spadkiem jasności >0,5^m/dzień.

Koalescencji dwóch gwiazd neutronowych lub układu gwiazda neutronowa+czarna dziura - rysunek ilustrujący miejsce powstawania czerwonych kilonowych (dla maks. jasności 16-17^m obserwowalne przez astroamatorów 5-8dni) i niebieskich kilonowych (dla maks. jasności 16-17^m obserwowalne przez astroamatorów 1-2dni). Do obserwacji tych kilonowych należy używać odpowiednio jednego z filtrów «czerwonych» (RI/riz) lub «niebieskich» (UBV/ug).
Źródło: oprac. na podstawie instrukcji PRZEWODNIK ASTRONOMA

3. Łowcy Kilonowch

Już podczas kampanii O3 byli zaangażowani miłośnicy astronomii do poszukiwania optycznych odpowiedników GW w ramach projektu nauki obywatelskiej „Łowców Kilonowych” (ang. Kilonova Catchers, strona domowa [1]), który skupia się na obserwacjach w zakresie optycznym zjawisk towarzyszących detekcji fal grawitacyjnych przez obecnie działające obserwatoria fal grawitacyjnych. W szczególności dotyczy to obserwacji emisji promieniowania elektromagnetycznego podczas zjawiska kilonowej, czyli koalescencji dwóch gwiazd neutronowych w zwartym układzie podwójnym lub koalescencji czarnej dziury i gwiazdy neutronowej. W kampanii obserwacyjnej O3 uczestniczyło 40 astroamatorów z całego świata (głównie z Europy), fotografując galaktyki teleskopami o aperturach 15-30 cm.

• Aby aktywnie działać należy założyć profil użytkownika na portalu Łowców Kilonowych [1] i podać parametry swojego zestawu obserwacyjnego oraz współrzędne geograficzne miejsca obserwacji.

• Jeżeli dla konkretnego użytkownika będzie duża szansa na detekcję kilonowej to otrzyma kanałami komunikacyjnymi (e-mail, strona internetowa Łowców Kilonowych, powiadomienia w aplikacji SLACK) plan obserwacyjny z listą współrzędnych, które są wypośrodkowane na najbardziej obiecujących kandydatach (galaktyki macierzyste). Zawiera następujące informacje: nazwa galaktyki; RA i Dec środka obrazu; prawdopodobieństwo, że obserwowany fragment nieba zawiera to konkretne zdarzenie emisji fal grawitacyjnych.

• Wymagane są obserwacje teleskopami z filtrami astronomicznymi:
sekwencje zdjęć w jednym z filtów «niebieskich» (UBV/ug) i «czerwonych» (RI/riz),
np. jedna 300s ekspozycja z filtrem B i jedna 300s ekspozycja z filtrem Rc.

• Skalibrowane zdjęcia (korekcja: „darki”+„flaty” i identyfikacja astrometryczna–o ile możliwe) powinny być jak najszybciej przesłane na stronę internetową Łowców Kilonowych http://kilonovacatcher.in2p3.fr/

Od alertu o emisji fal grawitacyjnych LIGO/Virgo/KAGRA do obserwatora („Łowcy Kilonowych”) i dalsze postępowanie uczestników programu obserwacyjnego po otrzymaniu listy galaktyk do sfotografowania swoim zestawem obserwacyjnym. Źródło: Łowcy Kilonowych luty 2022

Więcej informacji na temat uczestnictwa w projekcie łowców kilonowych można znaleźć w załączonej instrukcji [1].

4. Możliwa kilonowa z dzisiaj - S230627c???

Detekcja fal grawitacyjnych S230627c nastąpiła poprzez dwa interferometry LIGO (tylko!) w dn. 27 czerwca 2023r. o godz. 01:53:37 UT i została sklasyfikowana z prawdopodobieństwem 50%, jako połączenie się czarnej dziury z gwiazdą neutronową (NSBH: 0.49 / BBH: 0.48 / Noise: 0.03) w odległości około 290 Mpc. Niemal tak samo prawdopodobne jest, że mogły połączyć się dwie czarne dziury, ale wtedy nie oczekujemy zjawisk w domenie promieniowania elektromagnetycznego.

Obszar wielu stopni kwadratowych (patrz: czerwona elipsa w widoku nieba astro-COLIBRI) wokół współrzędnych RA=10h42m33.92s, DEC=48d52m26.42s sfotografował teleskop robotyczny ZTF po momencie wystąpienia S230627c. ZTF odkrył automatycznie cztery pojaśnienia na niebie w tym obszarze nieba (to mogą być np. wybuchy supernowych, nowych, kilonowych, ???):

| ZTF Name | IAU Name | RA (deg) | DEC (deg) | Filter | Mag | MagErr |
-----------------------------------------------------------------------------------------------------
| ZTF23aaptsuy | AT2023lxu | 160.2019569 | +41.9681656 | r | 20.20 | 0.08 |
| ZTF23aapttaw | AT2023lxt | 164.6898146 | +60.9545924 | r | 21.11 | 0.20 |
| ZTF23aaptudb | AT2023lxs | 166.5566080 | +78.5596361 | r | 20.86 | 0.16 |
| ZTF23aaptusa | AT2023lxx | 162.0445716 | +71.8414115 | g | 20.89 | 0.19 |

Są to bardzo słabe zjawiska o jasnościach 20-21^m w filtrach astronomicznych sloanowskich r oraz g.

Widok strony internetowej Astro-COLIBRI (jest też aplikacja na telefon!) z bieżącymi informacjami na temat gwałtownych zjawisk we Wszechświecie - w tym emisji fal grawitacyjnych na przykładzie S230627c. Podane są również warunki obserwacyjne dla wybranego obserwatorium astronomicznego (np. miasto Szczecin). Tutaj można znaleźć alerty o zaobserwowaniu rozbłysków gamma, neutrin i wybuchów supernowych. Źródło: astro-COLIBRI

Poszukiwanie optycznego odpowiednika S230627c to nie jest typowa sesja Łowców Kilonowych, gdzie wielu obserwatorów dostaje swoją listę galaktyk do sfotografowania w zależności od teleskopu i położenia geograficznego. Jest to próba weryfikacji, czy 1,2-metrowy teleskop ZTF w Obserwatorium Mt.Palomar (Kalifornia, USA) faktycznie zarejestrował kilonową?

Okazało się, że również przegląd nieba ATLAS zarejestrował dwa pojaśnienia na niebie w pozycji ZTF23aaptsuy oraz ZTF23aapttaw przed koalescencją S230627c - co wyklucza te obiekty, jako miejsce potencjalnej kilonowej powiązanej z S230627c. Pozostają więc do weryfikacji pojaśnienia ZTF23aaptudb oraz ZTF23aaptusa.

Sytuacja jest rozwojowa. Przez najbliższe półtora roku (do końca 2024r.) miłośnicy astronomii mogą uczestniczyć poszukiwaniach optycznych odpowiedników fal grawitacyjnych w ramach projektu nauki obywatelskiej „Łowców Kilonowych”.

Zachęcam do przyłączenia się do Łowców Kilonowych (http://kilonovacatcher.in2p3.fr/) i obserwacji niezwykłych zjawisk zwanych kilonowymi.

Na stronie Łowców Kilonowych są założone wpisy do przesyłania skalibrowanych zdjęć (korekcja: „darki”+„flaty” i identyfikacja astrometryczna–o ile możliwe)) dla czterech pojaśnień w galaktykach odkrytych przez ZTF, które mogą mieć związek z koalescencją S230627c. Przekreślono obiekty ZTF23aaptsuy oraz ZTF23aapttaw, jako miejsce potencjalnej kilonowej powiązanej z S230627c, ponieważ przegląd nieba ATLAS zaobserwował pojaśnienia przed momentem koalescencji S230627c. Źródło: portal Łowców Kilonowych

Więcej informacji:

[1] PRZEWODNIK ASTRONOMA w języku polski (przetłumaczyłem go za zgodą autorów),
czyli jak przyłączyć się i działać jako astroamator-łowca kilonowych (ang. kilonova catchers)

Brochure_KNC_O4_PL.pdf

Brochure_KNC_O4_EN.pdf
[2] Strona domowa łowców kilonowych - http://kilonovacatcher.in2p3.fr/
[3] Kanał GRANDMA na YouTube - https://www.youtube.com/watch?v=c8Iew5EIaP0
[4] Kilonova-Catcher meeting, April 2023 - https://youtu.be/4etTKp3487s
[5] Metzger i inni (2010) „Electromagnetic counterparts of compact object mergers powered by the radioactive decay of r-process nuclei”
https://arxiv.org/abs/1001.5029
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010MNRAS.406.2650M
[6] Metzger (2020)- bardzo dobry artykuł przeglądowy (dostęp otwarty) „Kilonovae” - https://link.springer.com/article/10.1007/s41114-019-0024-0
[7] Aplikacja na telefon lub strona internetowa astro-COLIBRI - https://astro-colibri.com/#/
[8] LIGO, VIRGO AND KAGRA OBSERVING RUN PLANS - https://observing.docs.ligo.org/plan/
[9] Urania 1/2023 - „Czekając na kilonową” / „Z Babcią na kilonowe”.

Edytowane 28 Czerwca 2023 przez Rybi

lkosz · 28 Czerwca 2023

jaka szkoda że te jasności są tak niewielkie...

Rybi · 28 Czerwca 2023

7 godzin temu, lkosz napisał(a):

jaka szkoda że te jasności są tak niewielkie...

W ciągu półtora roku trwania kampanii O4 powinny się zdarzyć kilonowe, do których sięgną astroamatorzy (np. obserwowana jasność 17-18 mag.w maksimum).
Może nawet takie, jak wzorcowy przykład z 2017 roku kilonowej AT2017gfo (GW170817 / GRB170817A) z krzywą blasku w różnych filtrach astronomicznych od ultrafioletu W2 (satelita SWIFT), po zakres widzialny (np. V) aż do podczerwonego K. (Źródło: A.Villar i inni).

Dzisiaj kampania poszukiwania kilonowej dla S230627c została odwołana.
Podejrzane obiekty w-g kolejnych danych fotometrycznych ZTF wykazują 'płaską' krzywą blasku - co nie jest oczekiwane dla kilonowych, gdzie spadki jasności powinny być > 0,5-1 mag. na dobę.