Prezentuje : Marcin Sokołowski IPJ Sympozjum Instytutu Problemów Jądrowych, Warszawa, 12-II-2009 Wczesna obserwacja optyczna błysku gamma GRB B przy pomocy detektora Pi of the Sky

Motywacja błyski gamma, czyli Gamma Ray Bursts ( GRB ) obserwowanie szybkozmiennych zjawisk astrofizycznych o skalach czasowych 10 sec. krótkie błyski optyczne pochodzenia astrofizycznego wszelkie zjawiska którym towarzyszą rozbłyski optyczne, np : wybuchy gwiazd nowych lub supernowych monitorowanie zmienności optycznej aktywnych jąder galaktyk ( AGN ) i blazarów badanie gwiazd zmiennych ( δT 10sec )

Błyski gamma

Błyski gamma ( ang. GRB ) to … Są to krótkie ( 0.01 – 100 sec ) impulsy promieniowania gamma, pochodzące z punktowych źródeł na niebie Zostały odkryte w pod koniec lat 60-tych przez amerykańskie satelity szpiegowskie VELA KRÓTKI GRB DŁUGI GRB PIERWSZY GRB

Błyski gamma są rejestrowane przez … Satelity na orbicie okołoziemskiej. Mają izotropowy rozkład na niebie i zdarzają częstotliwość około 2-3 na całej sferze niebieskiej, a satelity rejestrują kilkanaście na miesiąc z dokładną pozycją błysku

Dwa rodzaje błysków długie i krótkie Krótkie błyski to takie, które trwają mniej niż 2 sekundy. Ich energie są szacowane na Przykład krótkiego błysku gammaPrzykład długiego błysku gamma Długie błyski to takie, które trwają więcej niż 2 sekundy. Ich energie są szacowane na E ~ ergE ~ erg Energia emitowana w czasie długich błysków przekracza energię wyemitowaną przez Słońce w czasie 10 mld lat swojego życia

KAŻDY BŁYSK JEST INNY JEŚLI WIDZIAŁEŚ JEDEN BŁYSK GAMMA TO … … WIDZIAŁEŚ JEDEN BŁYSK GAMMA

Dwa rodzaje błysków długie i krótkie Γ ~ 100 Emisja w strudze ( dżecie ) o rozwartości kilku stopni Promieniowanie synchrotronowe i SSC W obu wypadkach końcowym efektem jest powstanie nowej czarnej dziury MERGER SCENARIO HYPERNOVA SCENARIO

Pozagalaktyczne pochodzenie błysków gamma Pierwsza obserwacja poświaty X błysku gamma ( ) Satelita Beppo-SAX W 1997 roku został wystrzelony włosko-holenderski satelita Beppo-SAX Wyposażony w kamerę rentgenowską umożliwiającą wyznaczenie pozycji błysku z dokładnością do 3 Pozwoliło to po raz pierwszy zaobserwować optyczne odpowiedniki GRB ( dla błysków , ) Wyznaczyć przesunięcia ku czerwieni i odległości, które wynosiły 6.9 i 11.3 mld lat świetlnych

początkowo obserwowano je rzadko i zwykle wiele godzin po błysku obecnie w około 50% przypadków obserwuje się sygnał optyczny trudno jest uchwycić pierwszy moment błysku Obserwacje optycznych odpowiedników

Metody tradycyjne : reakcja na alerty sieci GCN – Gamma-Ray Bursts Coordinates Network TAROT ROTSE PROMPT FERMIINTEGRAL RAPTOR SWIFT Główny problem - czas reakcji !!!

Polowanie na wczesną emisję optyczną GRB prekursor wyzwolił obserwacje optyczne GRB szczęśliwie w polu widzenia ROTSE GRB B - wyzwolił obserwacje GRB A ŻEBY REGULARNIE I WCZEŚNIE OBSERWOWAĆ POTRZEBNE JEST NOWE PODEJŚCIE

Projekt Pi of the Sky

System Pi of the Sky błysków optycznych pochodzących od satelitów Ciągłe obserwacje dużego wycinka nieba ( ~ 1 / 6 ) odpowiada polu widzenia satelitów SWIFT i FERMI Krótkie ekspozycje ( 10 s ), duży strumień danych ~1TB / noc ! Każdy błysk gamma zarejestrowany przez SWIFTa będzie w polu widzenia systemu ( ujemny czas reakcji ! ) Własne algorytmy do wyrywania krótkich błysków optycznych paralaksa pozwoli odrzucić tło pochodzące od sztucznych satelitów LOKALIZACJA B LOKALIZACJA A Paralaksa ~ 150 km do odrzucania

Projekt realizowany przez : Instytut Problemów Jądrowych, Warszawa i Świerk Centrum Fizyki Teoretycznej PAN, Warszawa Centrum Badań Kosmicznych PAN, Warszawa Instytut Fizyki Doświadczalnej WF UW Wydział Matematyki, Informatyki i Mechaniki UW Instytut Systemów Elektronicznych PW Wydział Fizyki PW Akademia Pedagogiczna, Kraków Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego, Warszawa Firma CREOTECH

Prototyp w Las Campanas Observatory w Chile

Prototypowa aparatura Pi of the Sky ZAINSTALOWANA W DOMKU ASAS W CZERWCU 2004 Las Campanas Observatory w Chile Praktycznie co noc czyste niebo

of the Sky – prototyp 2 kamery CCD 2000×2000 pikseli 2 kamery CCD 2000×2000 pikseli obiektywy Canon f=85mm, d=f /1.2 obiektywy Canon f=85mm, d=f /1.2 wspólne pole widzenia 20°×20° wspólne pole widzenia 20°×20° montaż paralaktyczny G.Pojmański / ASAS montaż paralaktyczny G.Pojmański / ASAS autonomiczna praca autonomiczna praca sterowanie przez Internet sterowanie przez Internet

Prototypowy system w Las Campanas Observatory ( LCO ) w Chile działający od czerwca 2004 Prototyp w LCO 2 samodzielnie zaprojektowane kamery na montażu paralaktycznym działają w koincydencji Pole widzenia ~ 20 o x 20 o Zasięg ~11m na zdjęciu 10s i do ~13m na 20 posumowanych obrazkach Algorytm on-line wykrywający krótkie błyski optyczne ( 10s ) Katalogowanie pomiarów jasności gwiazd do bazy danych Algorytm off-line wykrywa nowe obiekty na niebie i pojaśnienia w dłuższych skalach czasowych System jest samodzielny, w razie problemów wysyła SMS-a, że trzeba coś naprawić

Analiza danych ON-LINE analiza zdjęć w czasie rzeczywistym w poszukiwaniu krótkich błysków optycznych porównywanie nowego zdjęcia z kilkoma poprzednimi algorytm wykrył automatycznie błysk optyczny z GRB B, rozbłysk gwiazdy rozbłyskowej CN Leo oraz ponad 100 błysków nieznanego pochodzenia OFF-LINE katalogowanie pomiarów jasności gwiazd do bazy danych poszukiwanie nowych obiektów w katalogu i pojaśnień gwiazd algorytm automatycznie odkrył kilka nowych gwiazd nowych

Przykłady przypadków tła Gwiezdne WojnyŚlad meteoru

GRB B

Poranek 19 marca O godzinie 5:45:42 UT zdarzył się pierwszy błysk gamma GRB080319A w pozycji λ = 13 h 45 m 25 s δ = +44 o 04'22'' Teleskop Pi of the Sky nakierował się na ten błysk O godzinie 6:12:49 UT zdarzył się drugi błysk gamma GRB080319B w pozycji λ = 14 h 31 m 42 s δ = +36 o 18'10'' Na tyle blisko pierwszego błysku, że zmieścił się w polu widzenia Pi of the Sky

A naked-eye burst GRB080319b Automatycznie wykryty przez algorytm on-line poszukujący błysków optycznych Optyczne obserwacje przed i w trakcie błysku gamma z 10 sekundową rozdzielczością Maksymalna jasność 5.3m ( widoczny nawet gołym okiem ! ) Optycznie i rentgenowsko najjaśniejszy kiedykolwiek GRB Przesunięcie ku czerwieni ~ 0.937, odległość ~ 7.5 mld l. ś. Bezprecedensowe pokrycie optycznej krzywej blasku 3 zdjęcia ( brzeg klatki ) : 6:12:32 - 6:13:01 GRB w środku : 6:14: :15:56

Wczesne krzywe blasku GRB B Sygnały optyczny i gamma zaczynają się i kończą w tym samym momencie, co wskazuje na ten sam region emisji

4 rzędy wielkości różnicy Ekstrapolacja widma z regionu γ do optycznego różni się o 4 rzędy wielkości od obserwacji, co wskazuje na inne mechanizmy produkcji promieniowania γ i optycznego

Bezprecedensowe dotąd pokrycie optycznej krzywej blasku

Dopasowano dwu jetowy model Ekstremalnie duży czynnik Lorentza Γ ~ 10 3 Może być to scenariusz występujący także w innych GRB, ale wąski jet bardzo rzadko celuje w Ziemie

Informacje w dziennikach ( Gazeta Wyborcza, Dziennik itd ) Teleexpress Informacje w dziennikach ( Gazeta Wyborcza, Dziennik itd ) Teleexpress Kilka audycji radiowych z udziałem uczestników projektu Kilka audycji radiowych z udziałem uczestników projektu Nagranie programu laboratorium red. Wiktora Niedzickiego o eksperymencie Pi of the Sky i odkryciu błysku Nagranie programu laboratorium red. Wiktora Niedzickiego o eksperymencie Pi of the Sky i odkryciu błysku Powstał film Superbłysk zrealizowany przez redaktora Wiktora Niedzickiego dla MNiSW Powstał film Superbłysk zrealizowany przez redaktora Wiktora Niedzickiego dla MNiSW Informacje i film z narodzin czarnej dziury w internetowych serwisach na całym świecie ! Informacje i film z narodzin czarnej dziury w internetowych serwisach na całym świecie ! Najjaśniejszy kiedykolwiek, najlepiej obserwowany optycznie, bardzo ciekawy i nietypowy, zaowocowało to zainteresowaniem mediów : Medialny przypadek GRB080319B

vol. 455 No 7210 Broadband observations of the naked-eye γ-ray burst GRB B J. L. Racusin, S. V. Karpov, M. Sokolowski, J. Granot, X. F. Wu, V. Pal'shin, S. Covino, A. J. van der Horst, S. R. Oates, P. Schady, R. J. Smith, J. Cummings, R. L. C. Starling, L. W. Piotrowski, B. Zhang, P. A. Evans, S. T. Holland, K. Malek, M. T. Page, L. Vetere, R. Margutti, C. Guidorzi, A. P. Kamble, P. A. Curran, A. Beardmore, C. Kouveliotou, L. Mankiewicz, A. Melandri, P. T. O'Brien, K. L. Page, T. Piran, N. R. Tanvir, G. Wrochna, R. L. Aptekar, S. Barthelmy, C. Bartolini, G. M. Beskin, S. Bondar, M. Bremer, S. Campana, A. Castro-Tirado, A. Cucchiara, M. Cwiok, P. D'Avanzo, V. D'Elia, M. Della Valle, A. de Ugarte Postigo, W. Dominik, A. Falcone, F. Fiore, D. B. Fox, D. D. Frederiks, A. S. Fruchter, D. Fugazza, M. A. Garrett, N. Gehrels, S. Golenetskii, A. Gomboc, J. Gorosabel, G. Greco, A. Guarnieri, S. Immler, M. Jelinek, G. Kasprowicz, V. La Parola, A. J. Levan, V. Mangano, E. P. Mazets, E. Molinari, A. Moretti, K. Nawrocki, P. P. Oleynik, J. P. Osborne, C. Pagani, S. B. Pandey, Z. Paragi, M. Perri, A. Piccioni, E. Ramirez-Ruiz, P. W. A. Roming, I. A. Steele, R. G. Strom, V. Testa, G. Tosti, M. V. Ulanov, K. Wiersema, R. A. M. J. Wijers, J. M. Winters, A. F. Zarnecki, F. Zerbi, P. Mészáros, G. Chincarini & D. N. Burrows

Podsumowanie i perspektywy Wczesna obserwacja optyczna błysku gamma GRB B, była jedną z kilku tego typu obserwacji na świecie Dzięki bezprecedensowemu pokryciu optycznej krzywej blasku, było możliwe dokładne wymodelowanie tego przypadku Mimo małego pola widzenia nawet przy pomocy prototypu w LCO, można dokonywać ważnych na skale światową obserwacji Trwa budowa pełnego system, który pozwoli na znacznie więcej obserwacji GRB w trakcie samego błysku ( konserwatywne oszacowanie ~ 2 / rok ) ZAPRASZAMY DO WSPÓŁPRACY STUDENTÓW I NIE TYLKO !!!

Obserwacje optycznych odpowiedników błysków gamma Gamma-Ray bursts Coordinates Network Informacja o błysku i jego pozycji jest przekazywana z satelitów do teleskopów naziemnych ( czas reakcji sekundy do minut ) Tylko w kilku wypadkach udało się zaobserwować sygnał optyczny w czasie trwania emisji gamma Co można poprawić : Czas reakcji ( nie wiadomo gdzie i kiedy wydarzy się następny błysk ) Rozdzielczość czasową Osierocone błyski optyczne