1 Seminarium Sprawozdawcze Zakładu P6 Instytutu Problemów Jądrowych im. A.Sołtana Eksperyment of the Sky i Laboratorium Aparatury Astro-fizycznej prezentuje: Grzegorz Wrochna

2 Zespół of the Sky Instytut Problemów Jądrowych u mgr inż. J.Mrowca-Ciułacz, dr K.Nawrocki, mgr inż. Piotr Sitek, mgr M.Sokołowski, dr hab. G.Wrochna, (+ dr M.Górski) (niektóre detale do prototypu wykonał warsztat P6) Centrum Fizyki Teoretycznej PAN u dr hab. L.Mankiewicz, mgr A.Majcher Instytut Fizyki Doświadczalnej UW u dr M.Ćwiok (Dublin/FNAL), inż. H.Czyrkowski, inż. R.Dąbrowski, dr hab. W.Dominik, L.W.Piotrowski, (F. Żarnecki) + studenci Instytut Systemów Elektronicznych PW u dr K.Poźniak, dr hab. R.Romaniuk, mgr G.Kasprowicz, S.Stankiewicz Wydział Fizyki PW u M.Molak, J.Użycki + praktykanci Uniwersystet Kard. Stefana Wyszyńskiego u K.Małek, K.Kwiecińska We współpracy z u prof. B.Paczyńskim, Princeton u dr. G.Pojmańskim, mgr B.Pileckim, mgr D.Szczygieł OA UW (ASAS) u Centrum Badań Kosmicznych

3 Program naukowy of the Sky Badanie obiektów astrofizycznych o szybkiej zmienności (1 s – 1 rok) a w szczególności a w szczególności Poszukiwanie błysków optycznych stowarzyszonych z rozbłyskami (GRB) GRB to krótkie ( s) impulsy z punktowych źródeł na niebie GRB to krótkie ( s) impulsy z punktowych źródeł na niebie Pochodzą spoza Galaktyki Pochodzą spoza Galaktyki Mogą być skutkiem zapaści SN do czarnych dziur, zderzeń gwiazd neutronowych itp. Mogą być skutkiem zapaści SN do czarnych dziur, zderzeń gwiazd neutronowych itp. Obecnie satelity rejestrują 2-3/miesiąc i ślą alerty przez GRB Coordinate Network (GCN) Obecnie satelity rejestrują 2-3/miesiąc i ślą alerty przez GRB Coordinate Network (GCN)

4 Aparatura of the Sky 2 kamery CCD 2000×2000 pikseli 2 kamery CCD 2000×2000 pikseli obiektywy Zeiss f=50mm, d=f /1.4 obiektywy Zeiss f=50mm, d=f /1.4 wspólne pole widzenia 33°×33° wspólne pole widzenia 33°×33° od 2006: Canon f=85mm, d=f /1.2 od 2006: Canon f=85mm, d=f /1.2 wspólne pole widzenia 20°×20° wspólne pole widzenia 20°×20° detector - robot detector - robot sterowany z Wwy sterowany z Wwy pracuje wg programu pracuje wg programu reaguje na trygery własne i zewnętrzne reaguje na trygery własne i zewnętrzne Brwinów Las Campanas Observatory, Chile

5 Kamery of the Sky efektywność kwantowa ~30% efektywność kwantowa ~30% szum odczytu ~15 e - szum odczytu ~15 e - ADC 16 bit × 2 MHz 2 s / klatkę ADC 16 bit × 2 MHz 2 s / klatkę USB 2.0 High Speed USB 2.0 High Speed nowe: ethernet nowe: ethernet programowalna elektronika (FPGA) programowalna elektronika (FPGA) procesor Cypress, 16 MB RAM procesor Cypress, 16 MB RAM czujniki temperatury i wilgotności czujniki temperatury i wilgotności CCD w atmosferze argonu, chłodzone 35° poniżej otoczenia CCD w atmosferze argonu, chłodzone 35° poniżej otoczenia migawka na 10 7 otwarć migawka na 10 7 otwarć silnik do ogniskowania silnik do ogniskowania

6 Algorytmy rozpoznawania błysków Rozwiązania inspirowane eksperymentami fizyki cząstek koincydencja 2 kamer koincydencja 2 kamer wielostopniowy system selekcji (tryger) wielostopniowy system selekcji (tryger) Pierwsza udana próba redukcji tła (kilka błysków / miesiąc) Dotychczasowe eksperymenty nie poradziły sobie z nadmiarem błysków od promieni kosmicznych, samolotów, satelitów, itp.

7 Algorytm rozpoznawania błysków na zasadzie trygera wielostopniowego all pixels stars cosmics planes satellites bad pixels One night coincidence

8 Błyski wykryte przez of the Sky Wykryto ~100 błysków na pojedynczych klatkach (10s) Nie można wykluczyć, że to refleksy satelitarne Zaobserwowano 6 błysków na 2 klatkach - pochodzenie nieznane Wykryto 1 błysk na 11 klatkach - gwiazda rozbłyskowa CN Leo CN Leo EQ Peg

9 of the Sky: obserwacje GRB of the Sky: obserwacje GRB 89 GRB wykrytych przez satelity , z tego: 5 - aparatura wyłączona (1) lub chmury (4) 5 - aparatura wyłączona (1) lub chmury (4) 18 - nieosiągalny (północna półkula) 48 - w ciągu dnia 16 - poza polem widzenia, dla 4 z nich limity GRB B, >13 m dla t > t 0 +17min (publ. GCN 2725) GRB , >11.5 m dla t > t 0 +30min (publ. GCN 2862) GRB , >12 m dla t 12 m dla t < t min (publ. GCN 2970) GRB , >11 m dla t 11 m dla t < t 0 -33min (publ. GCN 3146) 2 - w polu widzenia GRB A (publikacja GCN 2677) 2 - w polu widzenia GRB A (publikacja GCN 2677) >10 m dla t 12 m dla t = t 0 >9.5 m dla t > t 0 +7s GRB (GCN 3240) >11.5 m / >11 m / >11.5 m limity przed i w czasie trwania GRB

10 Obserwacje obiektów szybkozmiennych Trwa analiza danych : ~ gwiazd, po ~ pomiarów każda Przykładowe krzywe blasku gwiazd - jasność vs czas (1 noc = 8 h)

11 Publikacje of the Sky 2005 Search for optical counterparts of Gamma Ray Bursts (reviewed paper, in print) Proc. Photon 2005 Warsaw, Acta Physica Polonica B Gamma Ray Bursts and their optical counterparts (reviewed paper, in print) Proc. Mazurian School 2005 Piaski, Acta Physica Polonica B Search for GRB optical counterparts with "Pi of the Sky" apparatus (reviewed paper) "Astrophysical sources of high energy particles and radiation" Toruń 2005, AIP Conf. Proc. vol.801 (2005) p.143 Cosmic future of nuclear and particle physics (reviewed paper) Nukleonika 2005 vol.50 supp.3 Pi of the Sky - all-sky, real-time search for fast optical transients (reviewed paper) New Astronomy, Volume 10, Issue 5, April 2005, Pages , astro-ph/ , IPJ 2004/01 New Astronomy, Volume 10, Issue 5, April 2005, Pages astro-ph/ New Astronomy, Volume 10, Issue 5, April 2005, Pages astro-ph/ Małe teleskopy w badaniu błysków gamma Proc. "Zastosowania małych teleskopów", Kielce 2005, Akademia Świętokrzyska press Pi of the sky: search for optical flashes of extragalactic origin, Proc. of SPIE, Vol (2005) p Low noise CCD cameras for wide field astronomy, Proc. of SPIE, Vol (2005) p Proc. Photonics applications in industry & research, Wilga 2005, Proc. of SPIE (in print): "Pi of the Sky" - robotic search for cosmic flashes Low noise CCD cameras for wide field astronomy Toolkit for testing scientific CCD cameras "Pi of the Sky" robotic telescope Observing strategy and supporting tools for "Pi of the Sky" project "PiMan" - system manager for "Pi of the Sky" experiment Algorithms for cosmic flash recognition Variable stars study in "Pi of the Sky" project + 11 referatów seminaryjnych + 5 wykładów popularnych + 1 konferencja prasowa + 1 auducja radiowa

12 Granty of the Sky Zakończone: Badanie błysków optycznych towarzyszących rozbłyskom gamma (G.W.) – badawczy MNiI, 80 kzł / 1 rok Transport aparatury do Chile (G.W.) – interwencyjny FNP, 8.6 kzł Realizowane: System wykrywania i obserwacji szybkozmiennych zjawisk kosmicznych "Pi of the Sky" (G.W.) – inwestycyjny MNiI, 820 kzł Laboratorium Aparatury Astrofizycznej (G.W.) – inwestycyjny z Funduszu Rozwoju Nauki MNiI, 1750 kzł Wykorzystanie aparatury "Pi of the Sky" do poszukiwania rozbłysków optycznych w ramach globalnego, automatycznego systemu obserwacji szybkozmiennych zjawisk kosmicznych (L.Mankiewicz, CFT) – badawczy MNiI, 70 kzł / 2 lata Poszukiwanie koincydencji wielkich pęków atmosferycznych z błyskami gamma i ich odpowiednikami optycznymi (T.Wibig, IPJ P7) – badawczy MNiI, 100 kzł / 2 lata Złożone wnioski: Opracowanie modułowego systemu obserwacji całego nieba z dużą rozdzielczością czasową (G.W.) – badawczy MNiI, 206 kzł / 2 lata (odrzucony) Poszukiwanie szybkozmiennych obiektów astrofizycznych za pomocą zrobotyzowanego systemu kamer CCD (G.W.) – badawczy MNiI, 232 kzł / 2 lata Badanie zjawisk astrofizycznych o krótkich skalach czasowych (G.W., M.S.) – promotorski MNiI, 40 kzł / 2 lata

13 Laboratorium Aparatury Astro-fizycznej Laboratory for Astro-particle Apparatus Cel opracowywanie i budowa unikalnej aparatury badawczej na potrzeby IPJ i zamówienia zewnętrzne Motywacja rozwój projektu of the Sky odpowiedź na postulaty m.in. P6 wzmocnienia zaplecza budowy detektorów i elektroniki w IPJ sięgnięcie po fundusze MNiI na nowe inicjatywy Realizacja powołane jako pracownia zakładu P6 współpraca międzyzakładowa (P3, P7, ZdAJ,...) tworzenie zespołów do konkretnych zadań

14 Laboratorium Aparatury Astro-fizycznej Laboratory for Astro-particle Apparatus Elektronika – Świerk, p. 244 (P3) mgr inż. Piotr Sitek (umowa) stanowisko testowe - Hoża 102c Oprogramowanie i analiza – Hoża p.107, 102c dr Krzysztof Nawrocki, mgr Marcin Sokołowski studenci i doktoranci UW, PW, UKSW Klaster PC – Hoża 101 Mechanika mgr inż. Józef Mrowca-Ciułacz (etat) – bud. ZdAJ planowana współpraca z warsztatem P6 Stacja obserwacyjna – Świerk planowane miejsce do testowania aparatury

15 Aparatura prototypowa (nowe kamery etc.) Modernizacja pomieszczeń (Ś. 244, H.107) podłogi, sufity, oświetlenie, wyposażenie wentylacja, inst. elektryczna, G-bit ethernet Sprzęt komputerowy PC, drukarki (laser color, ink A2), skaner, aparat foto Aparatura laboratoryjna oscyloskopy 4 GHz, 500 MHz, 100 MHz generatory, mierniki, zasilacze stacje lutownicze i Hot Air (QFP i BGA) mikroskop do układów elektronicznych Zestawy uruchomieniowe i licencje na software Altera – Quartus + NIOS, PCI, DSP Nanoboard + Protel, KEIL Mechanika odczyt cyfrowy do obrabiarek warsztatów P6 programy CAD: Inventor, ProEngineer? Wykorzystanie grantu inwestycyjnego LAA

16 Perspektywy of the Sky i LAA etapkamerf [mm]FOVm 1 m 20 satelita rok cel techniczny 1250 Zeiss 33°×33°11 12 Hete 2004 test montażu, kamer, software Canon 1 ster Swift 2006 test aspektów wielkosystemowych Schmidt 8°×8° test zintegrowanej kamery Schmidt 4~ Schmidt ster Glast 2008 farma telescopów Koincydencja z MAZE et al., AUGER, MAGIC, HESS, IceCube,... Obserwacje w skali ms i s (fotodiody lawinowe?) Zaangażowanie LAA w inne projekty?