Een nieuwe robotcamera met de mogelijkheid om honderdduizenden sterren en sterrenstelsels in één opname vast te leggen, heeft zijn eerste opname van de hemel gemaakt - een gebeurtenis die astronomen 'eerste licht' noemen. De camera is het middelpunt van een nieuw geautomatiseerd luchtonderzoeksproject genaamd de Zwicky Transient Facility (ZTF), gebaseerd op Caltech's Palomar Observatory in de buurt van San Diego, Californië.

Als partners in de ZTF-inspanning, Astronomen van de University of Maryland hebben een belangrijke bijdrage geleverd aan de planning en het ontwerp van het onderzoeksproject. UMD-deelname aan ZTF wordt gefaciliteerd door het Joint Space-Science Institute, een samenwerking tussen UMD en NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

Elke nacht, ZTF's camera scant een groot deel van de noordelijke hemel, het ontdekken van objecten en gebeurtenissen die in de loop van de tijd in helderheid variëren, gezamenlijk bekend als transiënten. Onderzoeksdoelen omvatten explosieve supernova's, hongerige zwarte gaten, en razende asteroïden en kometen.

"Het ZTF-onderzoek zal transformerend zijn voor de studie van superzware zwarte gaten die zich tegoed doen aan sterren in de centra van sterrenstelsels, " zei Suvi Gezari, een assistent-professor astronomie aan de UMD en een fellow van het Joint Space-Science Institute wiens onderzoek zich richt op tijddomeinastronomie. "De timing van deze gebeurtenissen, bekend als getijdenverstoringen, kan worden gebruikt om de massa en spin van zwarte gaten te beperken. Gegevens van ZTF bieden mogelijk ook een zeldzame, real-time glimp in de vorming van een accretieschijf - en mogelijk relativistische jets - rond een superzwaar zwart gat."

Van 2009 tot 2017, ZTF's voorganger, de Palomar Transient Factory (PTF), ving het knipperen en flakkeren van voorbijgaande objecten in de lucht op. Het project maakte gebruik van de drie telescopen van het Palomar Observatorium:de geautomatiseerde 48-inch Samuel Oschin-telescoop, de geautomatiseerde 60-inch telescoop en de 200-inch Hale Telescope.

Tijdens de onderzoeken van PTF, de Oschin-telescoop fungeerde als ontdekkingsmotor, toen volgde de 60-inch telescoop de doelen, het verzamelen van informatie over hun identiteit. Vanaf daar, astronomen gebruikten ofwel de Hale-telescoop, de WM Keck-observatorium in Hawaï, of de Discovery Channel Telescope in Arizona om in te zoomen op de verschillende kosmische fenomenen die onze nachtelijke hemel verlevendigen.

De ZTF-enquête is het krachtige vervolg op PTF. Het is vernoemd naar Caltech's eerste astrofysicus, Fritz Zwicky, die tijdens zijn leven 120 supernova's ontdekte. Onlangs geïnstalleerd bij de Oschin Telescoop, De nieuwe onderzoekscamera van ZTF kan zeven keer meer lucht opnemen in een enkel beeld dan zijn voorganger. Bij maximale resolutie, elk ZTF-camerabeeld is 24, 000 bij 24, 000 pixels - zo groot dat de afbeeldingen moeilijk weer te geven zijn op een normaal computerscherm.

Aanvullend, Dankzij de verbeterde elektronica en telescoopaandrijfsystemen van ZTF kan de camera elke nacht meer dan twee keer zoveel opnamen maken. Astronomen zullen niet alleen meer voorbijgaande objecten kunnen ontdekken, ze zullen ook in staat zijn om meer kortstondige kenmerken te vangen die snel verschijnen en vervagen.

"Er is veel activiteit in onze nachtelijke hemel, " zei Shrinivas (Shri) Kulkarni, de hoofdonderzoeker voor ZTF en de George Ellery Hale Professor of Astronomy and Planetary Science aan Caltech. "In feite, elke seconde, ergens in het heelal, er is een supernova die explodeert. Natuurlijk, we kunnen ze niet allemaal zien, maar met ZTF zullen we elk jaar tot tienduizenden explosieve transiënten zien gedurende de driejarige levensduur van het project."

Beelden van ZTF worden aangepast, gereinigd en gekalibreerd bij IPAC, Caltech's astronomie en datacenter. Software doorzoekt de overvloed aan ZTF-gegevens naar lichtbronnen, met name naar lichtbronnen die veranderen of bewegen. Deze gegevens worden voor zowel onderzoek als onderwijs openbaar gemaakt aan de hele sterrenkundegemeenschap.

"Gegevens van ZTF bieden een geweldige kans voor studenten hier bij UMD, omdat grote onderzoeksprogramma's zoals ZTF een grote rol zullen spelen in de toekomst van de astronomie, " zei Melissa Hayes-Gehrke, een hoofddocent en niet-gegradueerde directeur astronomie aan de UMD. Hayes-Gehrke heeft leiding gegeven aan de inspanningen om educatief materiaal te ontwikkelen dat gebruik maakt van gegevens van PTF en ZTF. “Het is fantastisch om studenten op de begane grond binnen te krijgen. Astronomen zullen deze data nog jaren ontginnen, dus dit is een belangrijke stap om studenten voor te bereiden op een carrière in onderzoek."

De nieuwe first-light-afbeelding van ZTF is een voorproefje van wat komen gaat. Het toont de grote schaal van de afbeeldingen en benadrukt de turbulente stervormende nevel die bekend staat als Orion.

Astronomen zijn enthousiast over de onverwachte bevindingen die ZTF waarschijnlijk zal opleveren. Een van de grootste ontdekkingen van PTF vond plaats in 2011 toen het een supernova ving, genaamd PTF11kly, slechts enkele uren nadat het ontplofte. Het ZTF-onderzoek zal de kennis van astronomen over een groot aantal kosmische objecten verder uitbreiden, inclusief jonge supernova's, planeten rond jonge sterren, exotische dubbelstersystemen en bijna-aardse kometen en asteroïden.

"Ik ben zeer enthousiast over het potentieel van ZTF om interessante uitbarstingen van kometen te vangen. We weten dat ze gebeuren, we weten alleen niet hoe vaak. Velen worden gevangen door amateurastronomen, " zei Dennis Bodewits, een astronomisch associate research scientist bij UMD die gespecialiseerd is in kometenonderzoek. "Dit zal veranderen met ZTF, die elke keer dat hij de hele hemel scant tussen de 30 en 50 kometen zal oppikken. Kometen zijn overal in de lucht te vinden, dus we zijn geïnteresseerd om er zoveel mogelijk te zien, zo gedetailleerd mogelijk."

Het ZTF-onderzoek zal ook bijdragen aan het ontluikende veld van multi-messenger astrofysica. In grote lijnen gesteld, dit is de zoektocht naar optische tegenhangers van extreme voorbijgaande gebeurtenissen gezien met andere instrumenten die verschillende signalen detecteren, of boodschappers. Voorbeelden zijn zwaartekrachtgolfgebeurtenissen waargenomen door de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) en de Virgo-detector; neutrino-gebeurtenissen waargenomen door het IceCube South Pole Neutrino Observatory; en gammastraaluitbarstingen gezien door NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope en Swift Gamma-ray Burst Mission.

"Wat me het meest opwindt aan ZTF is het enorme gezichtsveld dat het zal openen om optische transiënten te verbinden met extreme gebeurtenissen, " zei Julie McEnery, Fermi-projectwetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center, adjunct universitair hoofddocent natuurkunde aan de UMD en mededirecteur van het Joint Space-Science Institute. "Voor toekomstige zwaartekrachtgolfgebeurtenissen van LIGO en Maagd, we krijgen een heel groot deel van de lucht om te doorzoeken. Neutrino-gebeurtenissen en gammaflitsen zijn ook niet goed gelokaliseerd. Het ZTF-onderzoek stelt ons in staat om het optische universum te verbinden met alle drie deze extreme verschijnselen."

De wetenschappelijke onderzoeksfase van ZTF is gepland om te beginnen in februari 2018. Het project zal eind 2020 voltooid zijn. In de toekomst zal nog grotere onderzoeken zullen voortbouwen op ZTF's snelle scans van de lucht, zoals de aanstaande Large Synoptic Survey Telescope (LSST), gepland om in 2023 operationeel te zijn.