Large Synoptic Survey Telescope e os grandes levantamentos astronômicos

Basílio Santiago (IF/UFRGS, LineA)

Semana Acadêmica da Física - UFRGS

15/10/2018

Os grandes surveys astronômicos

Imagens: POSS, 2MASS, SDSS, SLUGS, VISTA, DES, WISE, PanSTARRS, PandAS, PHAT, LESS, LSST...

Espectros: 2dF, SDSS, RAVE, GES, GALAH, GAMA, MARVELS, SEGUE, APOGEE, MaNGA, BOSS, eBOSS, VIMOS, WIGGLE-z, LAMOST, 4MOST, DESI, ...

Do espaço: MDS, Chandra, XMM-Newton, AKARI, Planck, GALEX, CANDELS, Herschel ATLAS, CoRoT, Kepler, GAIA, EUCLID, WFIRST, ...

O que eles têm em comum?

Grande volume de dados vindos de um mesmo telescópio e instrumento

Redução de dados por um mesmo conjunto de rotinas (pipeline) → pouca intervenção humana

Cobertura espacial ou amostral objetiva e ampla

→ Homogeneidade dos dados

→ Melhor controle de viés observacional

→ Análise robusta do ponto de vista estatístico

Imageamento e fotometria

Coleta

Redução

Medidas

Dark Energy Survey (DES)

EspectrosAPOGEE, https://www.sdss.org/surveys/apogee-2/

Características de um survey

Todos: região e ângulo sólido cobertos no céu, número de objetos, critérios de seleção, requisitos científicos

Imageamento: filtros usados, profundidade fotométrica, resolução espacial, precisão astrométrica. (PanSTARRS:http://panstarrs.stsci.edu/)

Espectros: domínio espectral, resolução espectral, precisão de velocidades radiais e de abundâncias (APOGEE: https://www.sdss.org/surveys/apogee-2/ )

Ramos do SDSS:SDSS-I (2000-2005): Legacy

SDSS-II (2005-2008): Legacy, SN, SEGUE

SDSS-III (2008-2014): BOSS, MARVELS, SEGUE-II, APOGEE

SDSS-IV (2014-): APOGEE, eBOSS, MaNGA

Sloan Digital Sky Survey (SDSS)https://www.sdss.org/

Sloan Foundation, US DoE, Instituições participantes

Sloan Digital Sky Survey (SDSS)

https://www.sdss.org/

SDSS – cont.

SDSS – Data volume

O Data Release 12 do SDSS (DR12, 2014) contém um volume de dados de 116 Tb, incluindo imagens e espectros coletados, processados, catálogos, etc.

https://www.sdss.org/dr12/data_access/volume/

Panoramic Survey and Rapid Response System

Pan-STARRS(http://panstarrs.stsci.edu)

3/4 of the sky (Dec > -30o)1.4 Gpix camera: 7 sq deg.Detecção de 1010 fontes fotometria nos filtros grizY para 3x1010

370.000 exp (< 2015) x 2 Gb/exp = 7.4x1014 bytes = 740 Tb, só de imagens coletadas Data rate: 10 Tb/noite

Contribuições científicas Estrutura do bojo/barra estelar da Galáxia → tamanho, forma,

orientação Caracterização química e cinemática das populações

estelares Galácticas Subestruturas do halo estelar Galáctico → correntes estelares,

sistema de satélites Classificação de galáxias por conteúdo estelar Histórico de formação estelar no Universo Evolução da atividade nuclear no Universo Identificação dos picos de oscilações acústicas de bárions Amostragem e propriedades de objetos raros: anãs marrons,

arcos gravitacionais, Objetos do Sistema Solar: TNOs, NEOs,… Planetas Extrasolares

Censo de Asteroides próximos à Terra

Exoplanetas

Classificação de galáxias:A sequência vermelha, a nuvem azul e o vale verde

Nogueira-Cavalcanti et al 2017SDSS + CFHTLS

Schawinski et al 2014

Detecção de picos de oscilações acústicas de

bárions

Einseinstein et al 2005, SDSS LRGs

Cole et al 2005, 2dF

Satélites da Galáxia

DES Collaboration 2015,2016

SDSS, field of streams

E nós com isso?(participação brasileira)

1919

http://www.linea.gov.br/

• 12 técnicos• 30 cientistas:

1. AIP2. OAC3. Padova4. UFRJ5. UFRGS6. UNESP7. USP8. UFF

Criado em Novembro de 2010

Cortesia: Luiz da Costa

DES-Brazil group: part of...

LINeA gerencia participação brasileira…

No SDSS-III, pela formação do grupo de participação brasileira, BPG-SDSSIII

No Dark Energy Survey, pela formação do consórcio DES-Brazil

No SDSS-IV, pela formação do grupo de participação brasileira, BPG-SDSSIV

No Dark Energy Instrument (DESI)

No LSST, pela formação do grupo de participação brasileira, BPG-LSST

Large Synoptic Survey Telescope(LSST)

→ Parceria público-privada → National Science Foundation (NSF, EUA), Department of Energy (DoE, EUA), LSST Corporation (LSSTC, Instituições membro)→ LSSTC: ~40 instituições nos EUA + 34 participantes de 23 países.→ Telescópio dedicado de 8.4m de abertura (6.7m de abertura efetiva), em Cerro Pachón, Chile→ Câmera com 3.2 Gpixels cobrindo 9.6 sq. deg. no céu.→ Colaborações científicas: https://www.lsstcorporation.org/node/37

Custo total: US$ 500 milhões. NSF: Sítio, telescópio, pipeline, EPO; DoE: câmera; contribuições privadas: colaborações científicas.

LSST

Levantamento fotométrico, filtros ugrizY, de >~ 20.000 graus quadrados (≃ metade do céu)

Vai ficar assim:

Assim estava há 1,5 ano atrás:

LSST

189 CCDs4k x 4k pixels

Ciência com LSSTLSST science book:

https://arxiv.org/abs/0912.0201 Educação e extensão

Sistema SolarPopulações Estelares resolvidas

Estrutura da Galáxia e vizinhançasTransientes e estrelas variáveisGaláxias (formação, evolução)

Núcleos ativos de galáxias (AGNs)Supernovas

Lenteamento gravitacional forteEstrutura em grande escala do Universo e oscilações de bárions

Lenteamento gravitacional fracoCosmologia

LSST irá explorar o eixo do tempo, ou seja,

O Universo variável

Cada ponto do céu coberto pelo survey será amostrado mais de 1000 vezes ao longo de 10 anos

● Variáveis pulsantes → escada de distâncias cósmicas● Explosões estelares, novas, SNs, hipernovas, etc● Contrapartidas ópticas de fontes de radiação gravitacional, de fontes de raios cósmicos de alta energia, etc● Curvas de luz → rotação estelar, variáveis irregulares Binárias eclipsantes → detecção e caracterização● AGNs● Microlentes, ...

AGNsDetecção via

variabilidade e profundidade

Impacto dos AGNs na formação de galáxias e na reionização do Universo

LSST será também uma combinação única de área e profundidade fotométrica.

● Corpos menores do Sistema Solar● Estrelas de baixa massa e luminosidade além da Galáxia● Objetos subestelares● Subestruturas estelares no Universo Local● Galáxias a altos redshifts● Mapas da distribuição de matéria por lenteamento gravitacional

Anãs Brancas, do disco e halo Galáctico

Movimentos próprios

Paralaxes → distâncias

GaiaHistórico de formação estelar dos componentes Galácticos

Satélites ultra-tênues da Galáxia

Satélites ultra-tênues da Galáxia

O Universo local a muito baixo brilho superficial

Impacto sobre modelos de formação de galáxias e estruturas

Censo de galáxias a alto redshift

Vínculos à época de formação de galáxias

Equação de estado da Energia Escura

P = w(z) εw(z) = w

0 + w

a z / (1+z)

Cronograma

Sumário

● Os grandes levantamentos se tornaram indispensáveis para essencialmente todas as áreas de pesquisa astrofísica● Desafios crescentes à infra-estrutura de TI para armazenar, transmitir, reduzir e analisar grandes volumes de dados● LSST representa um salto quantitativo e qualitativo com relação à qualquer survey precedente.● Para participar: http://www.linea.gov.br