za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Categories:

Будущее глубоких обзоров неба


  Обзорная способность существующих и планируемых крупных оптических телескопов в 2016 году. Источник. На диаграмме пропущен проект камеры ZTF, которая начала работу в 2017 году на 1.2-метровом Паломарском телескопе. Её обзорная способность равна 52.7, что меньше чем у Кеплера” (81.5) и HSC (79.2), но значительно превышает этот показатель y сдвоенного телескопа Pan-Starrs и камеры DECam (33.9)


 Глубокие обзоры неба являются одним из важнейших направлений современной астрономии. Они позволяют проводить подробное изучение популяции различных астрономических объектов в Солнечной Системе, нашей галактики и всей Вселенной. Часто они приводят к обнаружению представителей совершенно неизвестных классов астрономических объектов.


  Как следует из вышеприведенной диаграммы, крупнейшим обзорным телескопом в настоящее время является 8.2-метровый японский телескоп Субару на Гавайских островах. Возможности его камеры HSC дополнительно усиливает тот факт, что вершина Маун Кеа обладает одним из лучших астроклиматов в Северном полушарии. Тем не менее, эта обзорная камера используется лишь эпизодически. Так изучение планирования нынешнего семестра телескопа Субару говорит о том, что камера HSC использовалась в нём 42 ночи из 99 (42% времени). Возможности другой гавайской системы (Pan-starrs) ухудшены тем, что второй 1.8-метровый телескоп системы до сих пор не введен в штатную эксплуатацию, а возможности камеры первого 1.8-метрового телескопа существенно снижены производственным браком. С другой стороны, возможности третьей северной системы (камеры ZTF) существенно ухудшены плохим астроклиматом Калифорнии, а также небольшим размером используемого телескопа (1.2 метра).


 Напротив южная система - камера DECam, установленная на 4-метровом телескопе Бланко в Чили, лишена вышеперечисленных недостатков. Астроклимат Чили считается лучшим на планете (с ним может поспорить только климат Антарктиды). Кроме того камера DECam используется 83% времени работы обсерватории CTIO (это следуют из нынешнего расписания, в котором камера DECam проводит наблюдения 5 из 6 месяцев). В связи с этим камера DECam до начала штатной эксплуатации телескопа LSST будет продолжать оставаться ведущей в области глубоких обзоров неба. Конференция в 2018 году позволяет лучше понять нынешний статус и будущие перспективы использования этой камеры.



 Эффективность использования камеры растет с каждым годом:




   Сотрудники обсерватории CTIO делят время использования камеры DECam на три периода: время основного 5-летнего обзора DES (Dark Energy Survey), предназначенного для изучения темной энергии (именно для его осуществления и создавалась камера), двухлетний переход от DES к LSST, и эра LSST:




Обзор DES за 5 лет покрыл в общей сложности 5 тысяч квадратных градусов неба в высоких галактических широтах примерно до 24 звездной величины в нескольких фильтрах. Этот обзор потратил 758 ночей работы камеры, каталогизировал примерно 400 миллионов галактик и звезд, и привел к открытию нескольких сотен объектов за орбитой Нептуна.



Другие группы ученых также начали использовать уникальную камеру для обзора других участков неба. Крупнейших из этих обзоров стал DECaLS (DECam Legacy Survey), в ходе которого будет покрыто 14000 (на 2008 год покрыто 9500) квадратных градусов неба примерно до 24 звездной величины. Другим названием обзора является The DECam Legacy Survey of the SDSS Equatorial Sky. Основным предназначением обзора называется поиск целей для нового мультиобъектного спектрографа DESI, который недавно был установлен на 4-метровом телескопе в обсерватории Китт Пик (Аризона). Этот обзор, как и DES был завершен в нынешнем году. Использование меньшего числа фильтров привело к тому, что временные затраты на DECaLS намного меньше, чем на DES (157 ночей).



     Третьим большим обзором камеры стал обзор С. Шеппарда по поиску седноиднов, покрывший 2-3 тысячи квадратных градусов южного неба вблизи эклиптики (вне галактической плоскости) до 24-25 звездной величины. Покрытие обзора на июль 2017 года:



В ходе этого обзора было обнаружено 80% всех известных ТНО дальше 60 а.е. (в том числе самые далекие из известных на сегодня).


Ещё одним большим обзором камеры DECam стал обзор части галактической плоскости DECam Plane Survey. Его площадь около тысячи квадратных градусов. По причине огромного количества звезд в этой области (на снимках обзора есть около 2 миллиарда звезд), чувствительность этого обзора примерно на одну звездную величину меньше, чем у других больших обзоров камеры DECam. Обзор был проведен южнее склонения -30 градусов, так как севернее этой границы галактическая плоскость была сфотографирована гавайским телескопом Pan-starrs.




 Другой обзор камеры DECam охватил половину тысячи квадратных градусов неба в районе ближайших спутников нашей галактики (Магеллановы облаков). Он называется SMASH (Survey of the Magellanic Stellar History).




  В сумме названные обзоры покрыли большую часть южного неба:




  Примечание. Схема включает в себя снимки 4-метрового телескопа в обсерватории Китт Пик, которая также обладает большой обзорной камерой.


 Кроме перечисленных обзоров существуют ещё несколько небольших обзоров. К примеру, для поиска самых далеких галактик и сверхновых, небольших околоземных астероидов, событий микролинзирования в Балдже, транзитных планет у белых карликов и оптических транзиентов от экзотических событий, зарегистрированных нейтринными и гравитационно-волновыми обсерваториями. Недавно стало известно о глубоких обзорах по изучению статистики астероидных поясов Солнечной Системы (главный пояс астероидов и пояс Койпера).

 Обзоры камеры DECam покрыли к августу 2017 года примерно половину неба, которое доступно из Чили (около 100 тысяч снимков камеры DECam):



 Само собой обладание уникальной камерой на южном небе приводит к соблазну покрыть наблюдениями оставшиеся участки неба. В связи с этим новые крупные обзоры камеры DECam продолжают фотографировать непокрытые участки неба южнее +30 градусов склонения. С 2017 года обзор BLISS (Blanco Imaging of the Southern Sky) начал съемку подобных участков неба, которые лежат вне галактической плоскости. Другой обзор MagLiteS (Magellanic Satellites Survey) завершил сплошное покрытие области вокруг Магеллановы облаков общей площадью в 1200 квадратных градусов. Одной из главных целей обоих обзоров (BLISS и MagLiteS) стал поиск неизвестных карликовых галактик – спутников нашей галактики.

На схеме показаны известные карликовые галактики – спутники нашей галактики в августе 2017 года. Синим цветом выделены галактики, которые известны долгое время. Зеленым цветом отмечены галактики, опубликованные в 2015 году и обнаруженные с помощью анализа данных обзоров Pan-Starrs, SDSS и ATLAS. Красным цветом отмечены открытия обзора DES (круги — открытия первого года обзора, треугольники — открытия второго года обзора). Серым цветом отмечено покрытие обзоров SDSS и DES. Малиновым и зеленым цветом показано покрытие новых обзоров BLISS и MagLiteS.


Из схемы выше следует, что обзор DES открыл большое количество небольших галактик вблизи Магеллановы облаков (они могут быть их спутниками). Первые два года привели к открытию минимум 7 таких галактик:



   Новые галактики относятся к типу галактик, который называется ультратусклые карлики:


В ультратусклых карликах число наблюдаемых звезд может быть ограничено несколькими десятками (к примеру, у Эридан II их только 28). Аппроксимация результатов DES на всё небо приводит к оценке, что с помощью новых обзоров число известных карликовых галактик в Местной группе вырастет до нескольких сотен:



 Свежие публикации подтверждают эти прогнозы. С помощью обзора MagLiteS были найдены галактики Pictor II, Carina II и III. Опубликованные открытия обзора BLISS пока ограничились открытием звездного скопления в гало (BLISS J0321+0438 или BLISS 1). Ещё три кандидата в подобные галактики (Virgo I, Cetus III и Bootes IV) недавно были обнаружены обзором HSC-SSP японского телескопа Субару:


   Красными линиями отмечено покрытие 6-летнего обзора SSP к 2018 году (676 из 1400 квадратных градусов с чувствительностью до 26 звездной величины и размером пикселя в 0.17 угловых секунд). Обзор SSP (Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Survey) длительностью в 300 ночей будет проведен в 2014-2020 годы.


  Открытия карликовых галактик — спутников нашей галактики представляют собой огромный интерес для современной астрономии. Это связано с тем, что наблюдаемые размеры этих галактик и традиционные оценки их масс на основе количества наблюдаемых в них звезд говорят о том, что подобные образования должны быстро распадаться (в отличие от более плотных и массивных шаровых скоплений). Этот факт свидетельствует о преобладание в таких галактиках темной материи над обычной (барионной) материей.


 Похожая задача стоит ещё у одного крупного нового обзора камеры DECAM - DELVE (DECam Local Volume Exploration). Главной целью этого обзора называется покрытие 10.5 тысяч квадратных градусов до 23.5 звездных величин (в фильтре g) за 126 ночей с 2018 года.


  Ещё одним направлением по завершению внегалактического покрытия южного неба на камере DECam стал обзор DeROSITAS (DECam eROSITA Survey). Основной целью этого обзора стала задача картографирования 100 тысяч скоплений галактик и 3 миллионов галактик с активными ядрами в оптическом диапазоне для сопоставления их с рентгеновскими источниками, которые будут найдены с помощью космического телескопа «Спектр-РГ». Этот обзор стартовал в 2017 году и продолжается до сих пор. Отмечается, что для покрытия оставшихся участков южного неба внегалактической плоскости с необходимой чувствительностью (g=22.7, r=23.0, i=23.0, z=22.3 с SNR=10) требуется 30-60 ночей. Как указано на сайте проекта, подобная чувствительность означает три экспозиции камеры DECam длительностью по 25-90 секунд (в зависимости от фильтра). Согласно этому сайту к февралю 2018 года наибольшее покрытие наблюдалось для фильтра g и r, наименьшее для фильтров z и i:



  Ещё меньше покрытие составляло для специализированных фильтров (u, Y и VR):


  Вышеперечисленные обзоры посвящены завершению покрытия областей южного неба вне галактической плоскости. Между тем продолжаются наблюдения и для завершения полного покрытия галактической плоскости. Вышеназванный обзор DECam Plane Survey заключался в наблюдениях галактической плоскости с галактической широтой меньше 4 градусов. В 2019 году был проведен расширенный обзор с целью покрытия всей области с галактической широтой меньше 10 градусов.




 Все снимки уникальной камеры DECam, полученные по разным программам тщательно архивируются. Этим занимается организация NOAO Data Lab, которая сейчас обладает примерно 600 ТВ снимков 4-метровых телескопов с 34 миллиардами изображений 3 миллиардов объектов на них. Недавняя публикация хорошо иллюстрирует, как выросло покрытие снимками 4-метровых телескопов неба обсерватории NOAA в нынешнем десятилетии:



  В результате этого на небе доступном из Чили практически не осталось областей, непокрытых снимками камеры DECam. Покрытие оставшихся неохваченных участков неба планируется завершить в ближайшие два года. Хорошо заметно, что в своём большинстве непокрытые области неба связаны с галактической плоскостью. Меньший интерес к галактической плоскости объясняется следующими причинами:


  • для галактической плоскости характерна высочайшая плотность звезд, в результате этого при длительных экспозициях отдельные звезды сливаются с друг другом. Ситуацию усугубляет факт, что качество изображений наземных телескопов значительно ниже чем у космических телескопов. Так размер пикселя камеры DECam составляет 0.26 угловых секунд (у «Хаббла» этот показатель равен 0.04 угловых секунд). Кроме того большое количество звезд значительно увеличивает занимаемый объём снимков. Также все вышеперечисленные причины практически исключают галактическую плоскость для поисков движущихся объектов Солнечной Системы.



  • продолжает расти интерес к внегалактической астрономии. В связи с этим глубокие обзоры концентрируются к областям неба вне галактической плоскости. Важным моментом остаётся склонение в -30 градусов, которое является южной границей северного обзора гавайского телескопа Pan-starrs. Этот обзор был проведен в нескольких фильтрах, и его чувствительность близка к 23 звездной величине:





   С другой стороны из-за многочисленных дефектов камеры и приоритетности программы по поиску околоземных астероидов покрытие телескопа Pan-starrs остаётся крайне неоднородным. К примеру, чувствительность покрытия в фильтре r:


  Ожидается, что полученная итоговая карта южного неба в ходе реализации разных обзоров на камере DECam позволит провести быструю калибровку обзорного телескопа LSST в первые годы работы. Характеристики чувствительности первых снимков LSST в обзорном режиме (30-секундные экспозиции) будут сравнимы с итоговой мозаикой суммированных изображений камеры DECam:



 Кроме того рассматриваются планы по поиску неизвестных крупных планет на всём небе. Расчеты показывают, что четырехкратный обзор всего доступного неба в фильтре VR потребует примерно 80 ночей камеры (со скоростью тысяча квадратных градусов неба за одну ночь). Другим направлением станут высокочастотные обзоры галактической плоскости для исследований переменных звезд. Эти направления ожидается продолжить и после начала работы LSST, с акцентом на области который не затронет этот новый обзорный телескоп (к примеру со склонением между +30 и 0 градусов и галактическая плоскость). Кроме того рассматриваются различные варианты модернизации камеры — добавление синего фильтра (или фильтра на 1.6 микрон), возможности получения сверхкоротких экспозиций (короче одной секунды) или спектроскопии. Есть и предложение сделать дубликат камеры для северного полушария или переместить туда саму оригинальную камеру. Интересно отметить, что похожие предложения звучат и на тему будущего LSST после первых 10 лет работы (кроме возможности перемещения в другое полушарие). Это связано с относительно небольшим улучшением характеристик обзора в ходе последующих лет:




Наиболее перспективным направлением в этом плане звучит предложение заменить оптическую камеру на инфракрасную камеру. Наблюдения в инфракрасном диапазоне позволят увеличить количество наблюдаемых звезд и галактик в несколько раз. Так недавно были опубликованы расчеты для инфракрасного аналога телескопа Gaia, которые говорят о том, что подобный космический телескоп сможет зарегистрировать до 10-12 миллиардов объектов:

Tags: глубокие обзоры неба, камера DECam, статистика
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 2 comments