System wyszukiwania gwiazd nowych i zmiennych w ... - Pi of the Sky
System wyszukiwania gwiazd nowych i zmiennych w ... - Pi of the Sky
System wyszukiwania gwiazd nowych i zmiennych w ... - Pi of the Sky
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
UNIWERSYTET KARDYNAŁA<br />
STEFANA WYSZYŃSKIEGO<br />
w Warszawie<br />
WYDZIAŁ MATEMATYCZNO – PRZYRODNICZY<br />
SZKOŁA NAUK ŚCISŁYCH<br />
KIERUNEK FIZYKA<br />
Katarzyna Ewa Małek<br />
<strong>System</strong> <strong>wyszukiwania</strong> <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> i <strong>zmiennych</strong> w danych<br />
pochodzących z przeglądów nieba w eksperymencie<br />
"<strong>Pi</strong> <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>"<br />
Praca magisterska<br />
wykonana pod kierunkiem dr hab. Lecha Mankiewicza<br />
Warszawa, 2006
Serdeczne podziękowania dla<br />
dr hab. Lecha Mankiewicza i całego zespołu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>”<br />
za wskazówki i wsparcie podczas tworzenia niniejszej pracy.
Wstęp................................................................................................................................2<br />
1. Historia odkryć GRB.............................................................................................. 3<br />
1.1 Błyski SGR ........................................................................................................ 6<br />
2. Projekt „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” .......................................................................................... 20<br />
3. Rozgrzewka – badanie działania systemu .......................................................... 31<br />
3.1 Wykresy ruchu montażu.................................................................................. 32<br />
3.2 Conocny plan obserwacji................................................................................ 36<br />
3.3 Koordynowanie nazw obserwowanych pól..................................................... 37<br />
4. Analiza skanów ..................................................................................................... 40<br />
4.1 Astrometria i katalogowanie <strong>gwiazd</strong> pochodzących ze skanów ..................... 44<br />
4.2 Wyszukiwanie <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> – wypełnianie tabeli novaevents.............. 45<br />
4.3 Wyszukiwanie <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> – wykorzystanie analizy „wstecz” ................. 55<br />
4.4 Wyszukiwanie <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> – na bieżąco................................................... 61<br />
4.5 Wizualizacja wyników..................................................................................... 63<br />
5. Wyniki.................................................................................................................... 67<br />
5.1 Nova V 5115 Sgr............................................................................................. 67<br />
5.2 Neptun............................................................................................................. 72<br />
5.3 Gwiazdy zmienne ............................................................................................ 74<br />
5.3.1 NSV 12190 ............................................................................................. 79<br />
5.3.2 VX Vel.................................................................................................... 79<br />
5.3.3 RT Vel..................................................................................................... 80<br />
5.3.4 V0973 Sgr............................................................................................... 81<br />
5.3.5 SX Vel..................................................................................................... 81<br />
5.4 Tło ................................................................................................................... 82<br />
Podsumowanie............................................................................................................... 87<br />
Bibliografia.................................................................................................................... 88<br />
Słownik........................................................................................................................... 89
Wstęp<br />
Celem niniejszej pracy było stworzenie oprogramowania umożliwiającego<br />
znajdowanie <strong>nowych</strong> <strong>gwiazd</strong> na zdjęciach otrzymywanych podczas wykonywania<br />
skanów wieczornych i porannych aparaturą „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>”.<br />
Ideą projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” są badania zjawisk astr<strong>of</strong>izycznych z duża<br />
rozdzielnością czasową. Głównym celem są poszukania błysków optycznych, głównie<br />
Gamma Ray Burst 1 , za pomocą aparatury astronomicznej umieszczonej w Las<br />
Campanas Observatory w Chile.<br />
1 Wysoko-energetyczne błyski promieniowania γ pochodzenia pozagalaktycznego o bardzo krótkim<br />
czasie trwania (średnio od 0.01 do 100s).<br />
2
1. Historia odkryć GRB<br />
Historia odkrycia błysków γ sięga lat 60-tych XX wieku i jest jedną z najbardziej<br />
nietypowych, jakie zdarzyły się w nauce. Czas Zimnej Wojny podzielił Świat na dwa<br />
wrogie bloki. Jednym z narzędzi polityki zagranicznej, pomimo zakazu agresji, był<br />
potencjał militarny, a szczególnie jądrowy, który pozwalał na zastraszanie przeciwnika.<br />
Wielkie mocarstwa, takie jak USA i istniejące wtedy ZSRR, finansowały wiele<br />
kosztownych badań nad produkcją coraz to bardziej nowoczesnej broni masowego<br />
rażenia. Prowadziło to do wielkiego zagrożenia wojną atomową. Ogromną szansą na jej<br />
uniknięcie było wdrożenie w życie "Układu o Zakazie Doświadczeń z Bronią Jądrową<br />
w Atmosferze, Przestrzeni Kosmicznej i Pod Wodą" (Partial Test Ban Treaty – PTBT)<br />
sformułowanej przez Organizację Narodów Zjednoczonych. Układ ten, pomimo<br />
ogromnej nieufności, został podpisany przez ZSRR i USA dnia 10 października 1963<br />
roku. Ustalono, że obie strony będą się wzajemnie kontrolować z kosmosu.<br />
Ponieważ podczas wybuchu jądrowego około 50% fal wypromieniowywane jest w<br />
długościach rentgenowskich, natomiast 1% w długościach gamma, więc sposobem<br />
kontroli stało się wysłanie w przestrzeń kosmiczną odpowiednich detektorów. Fotony γ<br />
są o wiele rzędów wielkości bardziej energetyczne od fotonów z zakresu<br />
promieniowania widzialnego. Umożliwia im to przenikanie przez materię bez<br />
zauważalnego oddziaływania z nią. Plusem pomiarów promieniowania γ jest to, iż<br />
można bezpośrednio badać ich źródła, minusem natomiast jest fakt stosunkowo słabego<br />
oddziaływania promieniowania γ z tradycyjnymi detektorami.<br />
Rysunek 1.1 Zakres widma promieniowania elektromagnetycznego.<br />
Na Ziemi nie występują silne źródła tego typu promieniowania, więc każde ich<br />
zarejestrowanie w przestrzeni kosmicznej powinno oznaczać nielegalną próbę nad<br />
3
onią jądrową. Właśnie w takie detektory (detektory promieniowania neutronowego i<br />
γ) zostały wyposażone amerykańskie satelity szpiegowskie VELA [1] (nazwa pochodzi<br />
od hiszpańskiego czasownika velar - strzec). Celem ich działania była obserwacja całej<br />
Ziemi oraz Księżyca. Satelity VELA miały kształt dwunastościennych kostek, w<br />
wierzchołkach których zamontowano detektory promieni X oraz γ. Wystrzelono je na<br />
wysoką orbitę o promieniu rzędu 1/3 odległości pomiędzy Ziemią a Księżycem. Na<br />
orbicie jednocześnie znajdowała się para satelitów ustawionych naprzeciw siebie.<br />
Dzięki temu możliwa była równoczesna obserwacja całej planety, ale czujniki tych<br />
satelitów były także skierowane w stronę nieba. Ponieważ pierwsze pary satelitów<br />
zostały umieszczone na orbicie w latach 60 tych, należy więc pamiętać, iż ówczesna<br />
technologia stosowana w detektorach nie pozwalała na lokalizację źródeł<br />
promieniowania γ, a jedynie rejestrację natężenia i niezbyt dokładne określenie czasu<br />
błysku. <strong>Pi</strong>erwsza para satelitów została wysłana w kosmos już 17 października 1963<br />
roku i od tamtej pory zaczęto rejestrować kilkusekundowe błyski promieniowania X i γ.<br />
Technologia detektorów rozwijała się gwałtownie. Kolejne z modeli wystrzeliwanych<br />
satelitów były coraz bardziej udoskonalane i po kilku latach miały już zdolność<br />
precyzyjnego (z dokładnością do 5 stopni w roku 1969) wyznaczania kierunku<br />
pochodzenia źródła.<br />
Ręczne sprawdzanie otrzymywanych danych było nie lada wyzwaniem. <strong>Pi</strong>erwszą<br />
astronomiczną analizę otrzymanych rezultatów przeprowadziło dwóch naukowców z<br />
Los Alamos National Laboratory: Ray Klebesadel i Roy Olson. [2]. Porównywali oni<br />
dane z satelitów, aby szukać koincydencji pomiędzy rejestracjami widm, gdyż jedynie<br />
taka metoda selekcji wybuchów mogła odrzucić przypadkowe wyładowania<br />
pochodzące ze Słońca, czy kosmosu. Znaleźli oni jeden bardzo ciekawy przypadek<br />
pochodzący z 2-go lutego 1967 roku. Satelity VELA 4 a i b zarejestrowały w tym<br />
samym czasie błysk promieniowania. Początkowo myślano, iż ZSRR złamało traktat,<br />
lecz kształt zarejestrowanego błysku był zdecydowanie różny od tego, jaki<br />
otrzymywany jest po wybuchu bomby jądrowej. W przypadku broni jądrowej satelita<br />
powinien zaobserwować pojedynczy błysk, natomiast zarejestrowane 2-go lutego<br />
widmo miało charakterystyczny, dwugarbny kształt. Błysk ten został zakwalifikowany<br />
jako błysk pochodzenia kosmicznego i nazwany Gamma Ray Bursts (GRB). Od tamtej<br />
pory dr Klebesadel zaczął przeszukiwać dane pochodzące z VELI pod kątem<br />
podobnych błysków. Początkowo spodziewał się, iż błyski te muszą być w jakiś sposób<br />
związane z wybuchami na Słońcu bądź, wybuchami super<strong>nowych</strong>. Odnalezione jednak<br />
4
w danych błyski pojawiały się w zupełnie różnych momentach i wykluczały jako źródło<br />
błysków γ Słońce. Wtedy też powstała hipoteza, że błyski te mogą pochodzić od<br />
obiektów znajdujących się we wstędze Drogi Mlecznej, czyli w naszej Galaktyce.<br />
Rysunek 1.2 <strong>Pi</strong>erwszy wykryty błysk gamma pochodzenia kosmicznego, zarejestrowany w dniu<br />
02.07.1967r<br />
W marcu 1971 roku amerykanie wystrzelili na orbitę satelitę IMP 6 natomiast w<br />
październiku OSO 7 – oba przeznaczone do badań Słońca, wyposażone w detektory<br />
promieniowania γ. Potwierdzały one rejestrowane przez VELA błyski. Również<br />
radziecki satelita szpiegowski KONUS (odpowiednik amerykańskiej VELA)<br />
rejestrował przypadki błysków tego promieniowania.<br />
Ponieważ jednak oba projekty były tajnie, musiało upłynąć kilka lat zanim można<br />
było upowszechnić część danych potrzebnych do opublikowania odkrycia. W roku 1973<br />
naukowcy z Los Alamos National Laboratory opisali w czasopiśmie Astrophysical<br />
Journal 16 udokumentowanych błysków promieniowania γ zarejestrowanych przez<br />
okres 4 lat począwszy od czerwca 1969 roku. Dane pochodzące z radzieckiego<br />
KONUSA zostały opublikowane rok później i potwierdziły rejestrację błysków przez<br />
amerykańskie detektory.<br />
W roku 1976 została powołana Sieć Międzyplanetarna IPN (Interplanetary<br />
Network) składająca się z detektorów promieniowania γ znajdujących się na statkach<br />
kosmicznych badających Słońce i planety. Detektory te do dziś pracują wspólnie w celu<br />
zlokalizowania błysków γ za pomocą metody triangulacji.[2]<br />
5
Rysunek 1.3 Metoda triangulacji pomocna w znalezieniu miejsca pochodzenia błysku gamma.<br />
1.1 Błyski SGR<br />
5-go marca 1979 roku wszystkie satelity należące do IPN zarejestrowały<br />
najsilniejszy energetycznie i najdłużej trwający, bo kilkadziesiąt sekund, błysk<br />
promieniowania γ. Był tak jasny, iż nawet satelity wyposażone w niewielkie detektory<br />
w tym zakresie promieniowania miały możliwość wykrycia go. Dzięki temu możliwa<br />
była szczegółowa analiza jego pochodzenia i zachowania. Za pomocą matematycznych<br />
metod triangulacji dowiedziono, że źródło tego błysku znajdowało się w mgławicy w<br />
Obłoku Magellana. Kilka tygodni później po zanalizowaniu danych potwierdzających<br />
kierunek przylotu błysku okazało się, iż błysk zbiegł w czasie z odkryciem niewielkiej<br />
mgławicy, nazwanej przez naukowców N49, w Wielkim Obłoku Magellana (sąsiedniej<br />
do Drogi Mlecznej galaktyki odległej o około 160 tys. lat świetlnych). N49 jest<br />
pozostałością po wybuchu supernowej, stąd pierwsze wnioski, iż błyski γ są ściśle<br />
związane z supernowymi [3].<br />
Po przeprowadzeniu dalszych badań odkryto, iż zaobserwowany w marcu 1979 roku<br />
błysk różnił się od swoich poprzedników: trwał znacznie dłużej, a część jego<br />
promieniowania przypadała na promieniowanie X, posiadał również regularną oscylację<br />
w trakcie słabnięcia. Po wielokrotnych obserwacjach podobnych błysków stwierdzono,<br />
iż są one nową klasą obiektów i nazwano je S<strong>of</strong>t Gamma-ray Repeaters (SGR).<br />
6
Rysunek 1.4 Przykład błysku SGR zarejestrowanego 27.08.1998 roku (źródło<br />
http://observe.arc.nasa.gov/)<br />
Błyski SGR są już dobrze poznane i wiadomo, że pochodzą one od nietypowych<br />
<strong>gwiazd</strong> neutro<strong>nowych</strong> – magnetarów. Podczas wybuchu supernowej jej warstwy<br />
zewnętrze są wyrzucane w przestrzeń kosmiczną, natomiast jądro zapada się do<br />
średnicy rzędu 20 km. W ten sposób powstaje <strong>gwiazd</strong>a neutronowa, której wnętrze jest<br />
tak gęste, że czasem nazywa się ją gigantycznym jądrem atomowym. Centymetr<br />
sześcienny materii pochodzącej z takiej <strong>gwiazd</strong>y ważył by na Ziemi wiele miliardów<br />
ton. Magnetarem nazywamy taką <strong>gwiazd</strong>ę neutronową, która znajduje się dodatkowo w<br />
bardzo silnym, anomalnym dla <strong>gwiazd</strong>y neutronowej, polu magnetycznym [4]. Taki<br />
przypadek zdarza się raz na tysiąc wybuchów supernowej. To pole magnetyczne jest<br />
kilka miliardów razy silniejsze od pola magnetycznego Ziemi. Zaraz po powstaniu<br />
magnetar obraca się w tempie ponad 1000 obrotów/sekundę, lecz w niedługim czasie<br />
zwalnia do jednego obrotu na kilka sekund. Dodatkowo pole magnetyczne, w jakim się<br />
znajduje, nie jest w pełni stabilne i <strong>gwiazd</strong>a narażona jest na ciągłe naprężenia. Po kilku<br />
latach ciągłej walki z tym polem następuje gwałtowna przebudowa <strong>gwiazd</strong>y, podczas<br />
której pole magnetyczne osłabia się i wystrzeliwana może być w przestrzeń materia,<br />
która wydostając się z wnętrza magnetara, powoduje błysk w widmie promieniowania<br />
γ. Po błysku następuje początkowa stabilizacja, a następnie ponownie tworzą się<br />
naprężenia w magnetarze i po kilku latach sytuacja powtarza się. Cykl ten będzie trwał<br />
do tej pory, aż kolejne wyładowania materii obniżą wartość natężenia pola<br />
magnetycznego do rzędu pola w typowej gwieździe neutronowej. Dlatego właśnie ten<br />
typ błysków γ nazwano powtarzającymi się (repeaters). Szacuje się, że średnio życie<br />
magnetara, zanim przejdzie do stanu <strong>gwiazd</strong>y neutronowej, trwa około setek tysięcy lat.<br />
7
Zrozumienie błysków SGR nie było jednak równoznaczne z odkryciem pochodzenia<br />
błysków GRB. Naukowcy przedstawiali wiele teorii. Najważniejsze modele<br />
teoretyczne, które rozważali naukowcy zebrał Robert Nemir<strong>of</strong>f z Uniwersytetu<br />
George’a Mason’a w Wirginii i opublikował jako listę ponad 100 modeli (ta liczba jest<br />
znacznie większa od liczby zaobserwowanych do tego czasu błysków GRB).<br />
Równocześnie w gazetach pojawiały się artykuły na temat zaobserwowanych przez<br />
astronomów wojen gwiezdnych.<br />
W roku 1999 NASA (National American and Space Administration) wystrzeliło w<br />
przestrzeń kosmiczną ważącego 17 ton satelitę CGRO (Compton Gamma Ray<br />
Observatory), jednego z serii wielkich obserwatoriów kosmicznych [5]. Satelita ten był<br />
wyposażony w cztery znaczące instrumenty: EGRET (Energetic Gamma-Ray<br />
Experiment Telescope), BATSE (Burst and Transient Source Experiment), OSSE<br />
(Oriented Scintillation Spectrometer Experiment) oraz COMPTEL (Imaging Compton<br />
Telescope). Dla celów GRB najważniejszym z nich był eksperyment BATSE 2 , którego<br />
8 detektorów promieniowania γ umieszczono w rogach satelity. Takie rozmieszczenie<br />
umożliwiało równoczesną obserwację całej przestrzeni kosmicznej. Wielkim atutem<br />
BATSE było również wyznaczanie pozycji błysku γ z precyzją rzędu 1 stopnia.<br />
Precyzja ta nie jest najlepsza, jednak możliwość wyznaczenia źródła promieniowania<br />
bez angażowania wszystkich satelitów znajdujących się na orbicie była wielkim<br />
postępem. Naukowcy zajmujący się badaniem błysków γ, wierzący, iż źródłem tych<br />
błysków jest Droga Mleczna, liczyli na dokładne wskazanie obszaru naszej galaktyki<br />
odpowiedzialnej za te błyski. BATSE obserwowało kilka <strong>nowych</strong> GRB każdego dnia.<br />
Niektóre trwały nie dłużej niż kilka sekund, inne natomiast kilka minut. Błyski te<br />
różniły się też krzywą blasku: jasność ich gwałtownie spadała lub też wygaszały się<br />
wolniej. Każdy z zarejestrowanych GRB był inny, nie znaleziono wśród nich<br />
powtarzalności. Przełomem w badaniach było opublikowanie przez NASA mapy<br />
pozycji wszystkich zarejestrowanych przez BATSE błysków. Błyski te nie<br />
skoncentrowały się w żadnym obszarze, a rozkładały się równomiernie po całym niebie.<br />
2 Oficjalna strona internetowa eksperymentu: http://f64.nsstc.nasa.gov/batse/grb/lightcurve/<br />
8
Rysunek 1.5 Mapa pozycji wszystkich 2704 błysków zarejestrowanych przez BATSE. (źródło<br />
http://antwrp.gsfc.nasa.gov)<br />
Ta izotropowość rozkładu błysków musiała znacząco zmniejszyć ilość modeli<br />
teoretycznych błysków GRB. Odrzucono najpopularniejszy w tamtym czasie model<br />
gliczy (z ang. gleaches) na <strong>gwiazd</strong>ach neutro<strong>nowych</strong>. Zakładał on, iż energia<br />
wyzwalana podczas gliczu może produkować błyski γ. Gliczem nazywa się moment<br />
przyspieszenia obrotu pulsara, czyli gwałtowną zmianę jego okresu, wywołaną nagłym<br />
przyspieszeniem rotacji. Podczas swojego istnienia pulsar stopniowo zmniejsza<br />
prędkość obrotów, co związane jest z powolnymi spłaszczeniami na biegunach<br />
<strong>gwiazd</strong>y. Gdy maleje ilość obrotów, zmniejsza się też siła odśrodkowa i w nagłej<br />
przemianie (podobnej do ziemskiego trzęsienia ziemi) grawitacja dąży do ponownego<br />
nadania pulsarowi kształtu zbliżonego do kuli. Jednak występująca tu energia nie jest aż<br />
tak wielka, więc obserwowane błyski mogłyby pochodzić tylko od bliskich Ziemi<br />
<strong>gwiazd</strong> neutro<strong>nowych</strong>. Dodatkowo większość <strong>gwiazd</strong> neutro<strong>nowych</strong> skupia się w dysku<br />
Galaktyki, a więc gdyby ten model był prawidłowy BATSE zaobserwowałby pewną<br />
niejednorodność w rozkładzie GRB.<br />
Na kilka lat przed pomiarami BATSE Bogdan Paczyński, polski astronom pracujący<br />
w Princeton University sugerował, iż GRB mają pochodzenie pozagalaktyczne. Zanim<br />
BATSE opublikowało wyniki był jedynym astronomem głoszącym tą teorię. Po<br />
publikacji procent ten wzrósł bardzo szybko jednak nadal pewna grupa astronomów z<br />
Donaldem Lamb’em na czele pracowała nad modelem, w którym źródłem GRB są<br />
<strong>gwiazd</strong>y neutronowe znajdujące się w naszej galaktyce. Nadal także nie było wiadomo<br />
9
jakie procesy fizyczne kryją się za tymi błyskami. BATSE pracował na orbicie 9 lat<br />
dostarczając wiele ważnych informacji dotyczących błysków γ oraz innych zjawisk<br />
obserwowanych w kosmosie. Po awarii jednego z żyroskopów NASA zdecydowało o<br />
jego spaleniu i pomimo wielu protestów ze strony naukowców BATSE spłonął w<br />
atmosferze 4 czerwca 2000 roku [2].<br />
Rysunek 1.6 Przykładowe krzywe blasku błysków γ zaobserwowanych przez BATSE. Typowym<br />
zjawiskiem dla GRB jest fakt, iż każdy błysk jest inny, niepowtarzalny (źródło<br />
http://f64.nsstc.nasa.gov/batse/)<br />
Cztery lata wcześniej na orbitę okołoziemską z Przylądka Canaveral został<br />
wystrzelony włosko-holenderski satelita Beppo-SAX. Był to pierwszy satelita, który<br />
został specjalnie przystosowany do badania błysków γ. Oprócz detektorów<br />
promieniowania γ został on wyposażony w teleskop dla nisko- i średnioenergetycznego<br />
promieniowania X oraz detektor przeznaczony do badania wyjątkowo silnych wiązek<br />
tego promieniowania. Beppo-SAX był pierwszym satelitą na świecie, który mógł<br />
obserwować całe spektrum promieni X w zakresie 0.1-300 keV. Dodatkowo był<br />
wyposażony w urządzenie pozwalające na lokalizację błysku z dokładnością do pięciu<br />
minut kątowych – taka precyzja pozwalała na skierowanie teleskopów w miejsce błysku<br />
10
okularów teleskopów znajdujących się na Ziemi i dzięki temu umożliwiał badanie<br />
późniejszej, gwałtownie blednącej poświaty błysku w zakresie rentgenowskim,<br />
widzialnym i radiowym [6].<br />
<strong>Pi</strong>erwsza obserwacja z wykorzystaniem teleskopów naziemnych miała miejsce 28<br />
lutego 1997. Beppo-SAX w czasie 8 godzin lokalizował na niebie miejsce błysku i<br />
wysłał sygnał do obserwatoriów naziemnych, które już po kolejnych 12 godzinach<br />
mogły obserwować to miejsce. Zaobserwowano tam poświatę słabnącego obiektu<br />
<strong>gwiazd</strong>owego. Rozpoczęła się analiza otrzymanych danych. Na zdjęciach pochodzących<br />
z teleskopu Hubble’a doszukano się niewielkiego obłoku, który zinterpretowano jako<br />
odległą galaktykę. Od tego dnia rozpoczęła się nowa era badań błysków γ za pomocą<br />
obserwacji pozostawionych poświat zarówno optycznych jak i radiowych.<br />
Zaobserwowany przez Beppo-SAX GRB z dnia 8 maja 1997 przyniósł jeszcze<br />
więcej informacji, gdyż udało się wtedy po raz pierwszy w historii zmierzyć<br />
przesunięcie poświaty pozostałej po błysku ku czerwieni. Przesunięcie to wynosiło<br />
z=0.835 co oznacza odległość około 7 miliardów lat świetlnych. Oszacowaną dzięki<br />
znajomości odległości błysku energię, jaka została wypromieniowania w czasie tego,<br />
trwającego 15 sekund GRB, porównać można z energią, jaką wypromieniowało Słońce<br />
przez okres 10 miliardów lat! Przez rok działania Beppo-SAX odkrył około 10 takich<br />
przypadków. Pozostawione po błyskach poświaty obserwowano jeszcze przez kilka<br />
tygodni lub miesięcy [2].<br />
Kolejnym pytaniem dręczącym naukowców było określenie, co może być źródłem<br />
tak olbrzymich energii. Zaobserwowano już pewną koincydencję pomiędzy błyskami γ,<br />
a powstawaniem <strong>nowych</strong> <strong>gwiazd</strong>. Bohdan Paczyński wysunął wniosek, że GRB są<br />
związane z gwałtowną śmiercią bardzo masywnych <strong>gwiazd</strong> i zaproponował nadaniu<br />
temu zjawisku nazwy hiper<strong>nowych</strong> [7]. Sam twierdził, iż wybuchy hiper<strong>nowych</strong> są<br />
najjaśniejszymi obiektami we Wszechświecie oraz, że „błysk w dowolnej części<br />
obserwowalnego Wszechświata może do nas dotrzeć i być przez nas wykryty”.<br />
Pod koniec stycznia 1999 roku, dzięki Beppo-SAX, zaobserwowano jeden z<br />
najjaśniejszych błysków GRB, który można było obserwować z Ziemi przez zwykłą<br />
lornetkę, gdyż maksymalna jasność optyczna tego błysku milion razy przekraczała<br />
jasność całej galaktyki [8]. Dzięki dobrze zorganizowanej współpracy z jednostkami<br />
naziemnymi, poświata optyczna tego błysku była obserwowana już od 22 sekundy<br />
zdarzenia. Dodatkowo odkryto nowe radioźródło zlokalizowane w pozycji<br />
odpowiadającej temu GRB. Błysk zdarzył się w odległości około 10 miliardów lat<br />
11
świetlnych od nas (z=1.6). Jego siła była tak potężna, że byłby widoczny za pomocą<br />
teleskopów nawet, gdyby wydarzył się w odległości 40 razy większej. Potęgę tego<br />
zjawiska zobrazował astronom z California Institute <strong>of</strong> Technology, S. George<br />
Djorgovski: ”gdyby bowiem przyjąć, że błyski gamma są emitowane równomiernie we<br />
wszystkich kierunkach, to ich energia przekracza dziesięć tysięcy razy energię, którą<br />
Słońce wyemitowało w ciągu swego dotychczasowego istnienia (czyli 5 miliardów lat!).<br />
Na dodatek, cała ta przeogromna porcja energii jest ekspediowana w kosmos w ciągu<br />
kilku lub kilkudziesięciu sekund.” [2].<br />
Obserwacja tego błysku była także bardzo ważna dla Carla Akerl<strong>of</strong>a, projektanta<br />
naziemnego teleskopu ROTSE (Robotic Optical Transient Search Experiment). ROTSE<br />
został zbudowany z czterech długoogniskowych obiektywów, których łączne pole<br />
widzenia jest tylko kilka razy mniejsze od pola widzenia zwykłego, amatorskiego<br />
aparatu fotograficznego. Dzięki temu, iż nie jest to duży teleskop, lecz kilka małych<br />
obiektywów, można nim łatwo sterować i w bardzo krótkim czasie zmienić jego<br />
pozycje [9]. Gdy 23 stycznia 1999 roku ROTSE dostał sygnał z Beppo-SAX o<br />
położeniu błysku, jego kamery zlokalizowały obszar GRB i odnalazły błysk optyczny<br />
już po 22 sekundach. Umożliwiło to po raz pierwszy w historii pełną analizę widma<br />
optycznego zaraz po błysku. Zdjęcia wykonane przez ROTSE pokazują, że jasność<br />
błysku najpierw wzrosła, a następnie zaczęła spadać.<br />
12
Rysunek 1.7 Zdjęcia wykonane przez teleskop ROTSE w 22 sekundy po błysku GRB990123 (źródło<br />
http://www.rotse.net/)<br />
Rysunek 1.8 Krzywa blasku błysku z 23 stycznia 1999 roku wykreślona przez BATSE (źródło<br />
http://f64.nsstc.nasa.gov/batse)<br />
Akerl<strong>of</strong> umieścił swój teleskop w Las Alamos w Nowym Meksyku. Przez większą<br />
cześć roku niebo nad Los Alamos jest czyste dzięki czemu ROTSE może obserwować<br />
widma optyczne dużej ilości błysków.<br />
5-go lipca tego samego roku został zaobserwowany jeszcze jeden bardzo ważny<br />
błysk, oznaczony symbolem GRB990705. Jego dokładna analiza potwierdziła, iż<br />
13
sprawcą tego GRB była bardzo masywna <strong>gwiazd</strong>a, natomiast zawartość żelaza i<br />
prędkość emisji były podobne do wybuchu supernowej. Pod koniec roku 1999<br />
zaobserwowano kolejne linie żelaza, tym razem w widmie błysku GRB991216.<br />
Obserwacja błysku zlokalizowanego 11 grudnia 2001 roku przez satelitę<br />
rentgenowskiego XMM-Newton (X-ray Multi-Mirror) zbudowanego przez Europejską<br />
Agencję Kosmiczną także przyniosła wiele informacji na temat składu chemicznego<br />
wyrzuconej materii. Analiza linii widomych pozwoliła na wyodrębnienie dużych ilości<br />
magnezu, krzemu, siarki, argonu oraz wapnia i stosunkowo mało żelaza. Podobna<br />
materia wyrzucana jest przez supernową podczas jej wybuchu [10].<br />
Ponieważ do przetworzenia danych o błysku z satelity, w celu przekazania ich dalej<br />
do naziemnych teleskopów, potrzebny jest czas dłuższy, niż czas trwania błysku,<br />
dlatego został wystrzelony w kosmos kolejny satelita NASA – HETE 2 (High Energy<br />
Transient Explorer - badacz wysokoenergetycznych zjawisk krótkotrwałych).<br />
Zbudowany jest on w taki sposób, aby mógł przesyłać dane o błysku w ciągu 10-20<br />
sekund od jego zauważenia. Krążący od października 2000 roku po orbicie satelita<br />
HETE 2 nie tylko ma informować naziemne obserwatoria o błysku, lecz sam również<br />
może dokonać jego analizy. Na jego pokładzie umieszczone są trzy podstawowe<br />
moduły: FREGATE (French Gamma Telescope – Francuski Teleskop Gamma) -<br />
służący do detekcji promieniowania γ oraz wysokoenergetycznego promieniowania X,<br />
japońsko-amerykański WXM (Wide-Field X-ray Monitor) – obserwujący mniej<br />
energetyczne błyski z dużą zdolnością rozdzielczą oraz amerykański SXC (S<strong>of</strong>t X-ray<br />
Camera) – także do badania miękkiego promieniowania X [11].<br />
Rysunek 1.9 Satelita HETE 2. (źródło http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/hete2)<br />
14
Urządzenia te pozwalają na identyfikacje i dokładną lokalizacje błysku (rocznie<br />
około 16-20 błysków γ lokalizowanych jest z precyzją lepszą niż 10 minut kątowych za<br />
pomocą WXM oraz około 2-5 GRB z dokładnością 10 sekund kątowych dzięki SXC).<br />
Kalkulacja współrzędnych błysku odbywa się w przestrzeni kosmicznej w ciągu 10-100<br />
sekund po zauważeniu błysku. Różnice w czasie zależą od czasu trwania i struktury<br />
czasowej poszczególnych przypadków. Po wyznaczeniu współrzędnych HETE 2<br />
przesyła je w czasie bliskim rzeczywistemu (
Rysunek 1.10 Krzywa blasku błysku zaobserwowanego 4-go października 2002 roku. (źródło<br />
http://space.mit.edu/HETE)<br />
Po 10 latach przygotowań i testów, w których uczestniczyły instytucje z wielu<br />
krajów Europy oraz ze Stanów Zjednoczonych, w czwartek 17 października 2002 roku<br />
z Kosmodromu Bajkonur (Kazachstan, Rosja), został wystrzelony na orbitę satelita<br />
Integral (International Gamma Ray Astrophysics Laboratory). Satelita ten okrąża<br />
Ziemię w ciągu 72 godzin. INTEGRAL posiada cztery urządzenia pomiarowe:<br />
francusko-niemiecki spektrometr SPI, włoską kamerę IBIS, duńską kamerę do<br />
obserwacji w promieniowaniu X JEM-X (Joint European X-Ray Monitor) oraz kamerę<br />
CCD (OMC - Optical Monitoring Camera) działająca w zakresie widzialnym. Główne<br />
przyrządy, czyli IBIS i JEM-X wykonano przy współpracy polskich naukowców z<br />
Centrum Badań Kosmicznych PAN i Centrum Astronomicznego Mikołaja Kopernika<br />
PAN. Polski wkład jest także widoczny w aparaturze kontrolnej: Polacy opracowali i<br />
skonstruowali aparaturę symulującą awarie oraz śledzącą prace poszczególnych<br />
przyrządów [12].<br />
Najbardziej spektakularnym odkryciem satelity INTEGRAL była obserwacja z 3-go<br />
grudnia 2003 roku 30-to sekundowego błysku γ pochodzącego z małej galaktyki<br />
odległej od nas o około 1.6 miliarda lat świetlnych [13]. Błysk ten zadziwił naukowców<br />
swoją energią (pomiędzy 0.6, a 1.4·10 43 J), która jest tysiąckrotnie niższa od typowych<br />
pomiarów energetycznych GRB. Wynik ten był także zaskakujący ze względu na fakt,<br />
iż GRB031203 był najbliższym zarejestrowanym do tej pory błyskiem. Poprzednio tak<br />
bliski przypadek (130 milionów lat świetlnych), również niskoenergetyczny, został<br />
16
zaobserwowany w roku 1998, lecz wtedy astronomowie nie byli pewni, czy nie jest to<br />
swego rodzaju losowa eksplozja. Po odkryciu z grudnia 2003 roku dwie grupy<br />
naukowców z Niemiec i Rosji rozpoczęły badania nad zupełnie nową grupą błysków γ,<br />
znajdujących się pomiędzy wybuchami super<strong>nowych</strong>, a innymi GRB. Odkrycie to<br />
przyczyniło się do odrzucenia idei, że wszystkie błyski γ mają podobne energie.<br />
Możliwe jest, że już dużo wcześniej występowały takie słabo energetyczne błyski,<br />
lecz dostępna aparatura nie była w stanie ich zarejestrować.<br />
20-go listopada 2004 roku wystartowała sonda SWIFT, której głównym zadaniem<br />
jest rejestrowanie i analiza błysków gamma. Ten satelita wyposażony jest w bardzo<br />
czułe detektory promieniowania γ, co pozwala na wykrywanie niskoenergetycznych i o<br />
małej jasności GRB w odległościach stosunkowo bliskich Ziemi. Jak powiedział Neil<br />
Gehrels z NASA/Goddard Space Flight Center, "Obserwatorium (SWIFT) jest czulsze<br />
od satelity Integral i będzie mogło ustalić jaką w rzeczywistości wielkość ma ta nowa<br />
populacja zdarzeń" [14].<br />
Rysunek 1.11 Schemat satelity SWIFT z zaznaczonymi teleskopami (źródło http://swift.gsfc.nasa.gov)<br />
Satelita SWIFT wyposażony jest w teleskop promieniowania γ BAT (Burst Alert<br />
Telescope), promieniowania rentgenowskiego XRT (X-ray Telescope) oraz optycznego<br />
UVOT (UltraViolet/Optical Telescope) [15]. Dzięki temu błysk może być<br />
obserwowany w prawie całym zakresie widma elektromagnetycznego. Satelita SWIFT<br />
lokalizuje i obrazuje błyski γ szybciej niż INTEGRAL. Ponieważ większość błysków<br />
nie trwa dłużej niż 10 sekund, a nieliczne - ponad minutę, tak więc szybkość wykonania<br />
obserwacji i przekazanie informacji do stacji naziemnych, w celu skierowania w<br />
miejsce błysku γ dużych ziemskich teleskopów o małym polu widzenia, ma zasadnicze<br />
znaczenie dla zrozumienia błysków. <strong>Pi</strong>erwszym GRB zarejestrowanym przez SWIFT,<br />
dla którego detektor XRT ustalił dokładną pozycję był GRB041223.<br />
17
Najdłuższym błyskiem GRB zarejestrowanym do tej pory jest błysk pochodzący z<br />
4-go września 2005 roku. Satelita SWIFT zauważył błysk γ znajdujący się w<br />
rekordowej odległości 13 milionów lat świetlnych, trwający 200 sekund.<br />
Rysunek 1.12 Krzywa blasku dla błysku<br />
zarejestrowanego przez SWIFT 23 grudnia 2004<br />
roku. (źródło http://swiftsc.gsfc.nasa.gov/)<br />
Rysunek 1.13 Krzywa blasku dla najdłuższego<br />
błysku zarejestrowanego przez satelitę SWIFT.<br />
(źródło http://swiftsc.gsfc.nasa.gov/)<br />
Wszystkie informacje pochodzące z krążących satelitów oraz naziemnych<br />
teleskopów dotyczące GRB trafiają do koordynacyjnej sieci obserwacji rozbłysków γ<br />
nazywanej GCN (The Gamma Ray Bursts Coordinates Network). Sieć ta ma za zadanie<br />
rozsyłanie informacji o współrzędnych zaobserwowanego błysku do wszystkich<br />
podłączonych jednostek, a także wysyłanie raportów sporządzonych przez<br />
obserwatorów naziemnych. Ponieważ informacja pochodząca z satelity przesyłana jest<br />
natychmiastowo do wszystkich użytkowników sieci, duże teleskopy naziemne, mające<br />
małe pole widzenia, mogą przemieścić się po takim sygnale do odpowiedniej pozycji,<br />
pozwalającej na obserwację poświaty pozostawionej przez błysk γ, bądź też samego<br />
błysku [16].<br />
18
Rysunek 1.14 Schemat sieci GCN. (źródło http://gcn.gsfc.nasa.gov)<br />
Nowe dane pochodzące z satelitów posiadających bardzo czułe teleskopy, takich jak<br />
INTEGRAL i SWIFT, pozwoliły na weryfikacje niektórych hipotez przyczyn<br />
powstawania błysków γ. Na początku 2005 roku Bohdan Paczyński wraz z Pawłem<br />
Haenselem (Centrum Astronomiczne M. Kopernika PAN w Warszawie) opublikowali<br />
teorię, iż za błyski γ odpowiedzialne są <strong>gwiazd</strong>y kwarkowe [17]. Gwiazda taka mogłaby<br />
powstać po wybuchu supernowej, gdy <strong>gwiazd</strong>a wypala się, a wnętrze jej zapada się do<br />
bardzo małych rozmiarów. Dotychczas wydawało się, ze najgęstszą materią jaka może<br />
istnieć jest <strong>gwiazd</strong>a neutronowa, lecz niektóre rachunki mówią o tym, że neutrony w<br />
takiej gwieździe mogą rozpaść się na kwarki tworząc stabilną <strong>gwiazd</strong>ę o jeszcze<br />
większej gęstości. Przemiana taka trwałaby zaledwie kilka minut, a wyemitowana w<br />
kosmos energia w postaci strumienia wyrzuconej materii mogłaby być rejestrowana<br />
jako długi i potężny błysk GRB. W swojej pracy obaj Panowie dokładnie opisali taki<br />
kataklizm i zaproponowali jak go wykryć.<br />
Od ponad 50 lat naukowcy próbują rozwiązać zagadkę potężnych błysków<br />
występujących losowo w kosmosie. Wydaje się, że zmierzamy w dobrym kierunku, a<br />
aparatura jaką dysponują astronomowie jest coraz czulsza i nowocześniejsza. Na rok<br />
2006 NASA planuje wystrzelenie kolejnego satelity odpowiedzialnego za rejestrację<br />
GRB, GLAST (The Gamma Ray Large Area Space Telescope), zaprojektowanego do<br />
obserwacji źródeł γ dla energii od 10 keV do 300 GeV. Międzynarodowy projekt<br />
GLAST powstaje dzięki współpracy rządów oraz instytucji naukowych ze Stanów<br />
Zjednoczonych Ameryki, Francji, Niemiec, Japonii, Włoch i Szwecji.<br />
19
2. Projekt „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>”<br />
Ideą projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” są badania zjawisk astr<strong>of</strong>izycznych z dużą<br />
rozdzielczością czasową, rzędu 10 sekund. Głównym celem są poszukiwania i badania<br />
błysków optycznych, stowarzyszonych z rozbłyskami gamma (GRB, Gamma Ray<br />
Burst) oraz pozostawionych po nich poświat, za pomocą aparatury astronomicznej<br />
umieszczonej na terenie obserwatorium astronomicznego w Las Campanas w Chile.<br />
Miejsce to zostało wybrane bardzo staranie ze względu na jego klimat i ukształtowanie<br />
terenu. Powietrze jest tam czyste i przejrzyste, dzięki czemu przez ponad 300 dni w<br />
roku można dokonywać obserwacji nieba. Dodatkowym atutem jest obecność w Las<br />
Campanas polskich teleskopów z projektów ASAS 3 oraz OGLE 4 kierowanych przez dr<br />
hab. Grzegorza Pojmańskiego z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu<br />
Warszawskiego.<br />
W poprzednim rozdziale, dotyczącym historii badań i odkryć związanych z<br />
błyskami promieniowania γ, zwróciłam uwagę na fakt, iż małe, naziemne teleskopy,<br />
takie jak ROTSE 5 , mają wysoką wydajność w obserwacjach GRB. Związane jest to z<br />
możliwością szybkiego przemieszczenia obiektywów do miejsca błysku. Dodatkowym<br />
atutem jest krótka ogniskowa obiektywów, dzięki czemu jednocześnie obserwowana<br />
jest większa część nieba. Oczywiście należy przyznać w tym miejscu, że duże teleskopy<br />
pozwalają na dokładniejsze pomiary, lecz czas, jaki jest potrzebny do skierowania ich<br />
do pozycji przekazanej przez koordynacyjną sieć obserwacji rozbłysków γ jest na tyle<br />
długim, iż nie jest możliwa obserwacja poświaty pozostawionej przez błysk w<br />
pierwszych minutach jej istnienia.<br />
3 All-<strong>Sky</strong> Automated Survey: http://www.astrouw.edu.pl/~gp/asas/asas.html<br />
4 The Optical Gravitational Lensing Experiment: http://ogle.astrouw.edu.pl/<br />
5 Robotic Optical Transient Search Experiment: http://www.rotse.net/<br />
20
Rysunek 2.1 Naziemny teleskop ROTSE zlokalizowany w Los Alamos w Chile (źródło:<br />
http://www.ccd.com/ap10feature.html)<br />
Właśnie na podstawie doświadczeń małych, „zwinnych” teleskopów, takich jak<br />
ROTSE, powstał projekt zbudowania naziemnego teleskopu, z krótkim czasem<br />
naprowadzania, dodatkowo całkowicie zautomatyzowanego. Po okresie badań nad<br />
konstrukcją fizyczną jak i oprogramowaniem sterującym, w listopadzie 2002 roku<br />
ruszyła pierwsza faza polskiego projektu i kamera Kodak na ruchomym montażu<br />
została uruchomiona w Brwinowie (około 30 km od Warszawy). Kamera ta miała niską<br />
zdolność rozdzielczą (786 x 512 pikseli). Zbierała ona dane przez okres 10 miesięcy, a<br />
następnie została zastąpiona kamerą, której chip składał się z 2000 x 2000 pikseli i<br />
również pracowała w Brwinowie jeszcze przez miesiąc. Trzy miesiące później został<br />
skonstruowany i zbudowany montaż, na którym umieszczono dwie kamery o matrycach<br />
CCD 442A, które pracują do dziś. Sensory te zbudowane są z 2048 x 2048 pikseli, z<br />
czego czułe piksele tworzą obszar 2032 x 2032. Całkowity rozmiar piksela to 15 x 15<br />
μm 2 . CCD 442A posiada wzmacniacz wyjściowy umieszczony na końcu pionowego<br />
rejestru. Elektronika układu jest skonstruowana tak, aby odczyt danych następował z<br />
olbrzymią szybkością 2 Mpikseli/sekundę, dzięki czemu czas odczytu całej matrycy<br />
trwa 2 sekundy. Wzmocniony analogowy sygnał pochodzący z matrycy CCD<br />
przechodzi przez przetwornik analogowo-cyfrowy i zapisywany jest w pamięci<br />
komputera poprzez złącza USB [18].<br />
21
Rysunek 2.2 Sensor CCD442A firmy Fairchild<br />
Imaging wykorzystany w projekcie "<strong>Pi</strong> <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>".<br />
(źródło http://www.fairchildimaging.com)<br />
Rysunek 2.3 Obiektyw Planar-T* Carl'a Zeiss'a,<br />
f=50 mm, d=f/1.4 (źródło http://photostyle.net)<br />
W Brwinowie testowano zestaw dwóch obiektywów Planar-T* Carl’a Zeiss’a –<br />
czołowego światowego producenta w zakresie pr<strong>of</strong>esjonalnej optyki. Obiektywy te<br />
mają ogniskową f=50 mm i aperturę równą d=f/1.4. Wspólne pole widzenia (FoV, Field<br />
<strong>of</strong> View) obejmuje obszar 33º x 33º. Pole to zostało dobrane w taki sposób, aby<br />
pokrywało się z FoV satelity HETE bądź INTEGRAL. Każda z kamer posiada<br />
specjalnie skontrowany system migawkowy umożliwiający długotrwałe działanie (z<br />
doświadczenia laboratoryjnego wynika, iż możliwe jest wykonanie nim 10 7<br />
bezawaryjnych cykli otwarcia). Ostrość obu kamer korygowana jest za pomocą silnika<br />
krokowego wyposażonego w kontroler i może być także sterowana poprzez złącze USB<br />
[19]. Czułość detektora pozwala na obserwacje <strong>gwiazd</strong> o jasności od 11 magnitudo 6<br />
(podczas 10-cio sekundowych naświetlań) oraz <strong>gwiazd</strong> w okolicach 13 magnitudo po<br />
zsumowaniu 20 klatek. Całość urządzenia chłodzona jest za pomocą dwóch modułów<br />
Peltiera do temperatury o 35 stopni niższej od temperatury otoczenia.<br />
Dzięki testom przeprowadzonym w Polsce, możliwe było przygotowanie<br />
programów służących do analizy otrzymywanych danych oraz skonstruowanie<br />
własnego systemu tryggerów, który pozwolił na rozpoznawanie największych źródeł<br />
tła: cząstek promieniowania kosmicznego padającego na matryce oraz światła<br />
odbijającego się od samolotów i sztucznych satelitów. Po zakończeniu fazy testowej<br />
montaż z kamerami oraz dwoma komputerami został przewieziony do Las Campanas<br />
Observatory w Chile i tam zainstalowany. <strong>Pi</strong>erwsze regularne obserwacje rozpoczęły<br />
się w lipcu 2004.<br />
6 Jednostka jasności <strong>gwiazd</strong>owej. Jest to jednostka wprowadzona przez Ptolemeusza ok. 140 r. n.e., ale<br />
prawdopodobnie wynaleziona przez Hipparcha. Jest to skala odwrócona, czyli im jaśniejsza jest <strong>gwiazd</strong>a<br />
tym niższa jest jej wielkość <strong>gwiazd</strong>owa. Gwiazdy obserwowane gołym okiem mają jasność poniżej 7 m .<br />
Obiekty widoczne przez lornetkę maja jasność poniżej 10 m .<br />
22
Zaletą zbudowanego systemu jest duże pole widzenia obiektywów w celu stałej<br />
kontroli dostępnego obszaru nieba. Umożliwia to obserwacje miejsca błysku GRB<br />
zarówno przed, po, jak i w czasie jego trwania. Czułość zainstalowanych kamer<br />
pozwala także na identyfikację wybuchów <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> oraz super<strong>nowych</strong>, a stała<br />
obserwacja dostarcza informacji o zjawiskach optycznych, z krótkim czasem<br />
zmienności (takich jak <strong>gwiazd</strong>y zmienne). Znaczącym dla uzyskanych wyników<br />
rozwiązaniem jest wprowadzenie do oprogramowania sterującego montażem analizy<br />
danych wykonywanej w czasie rzeczywistym (on-line).<br />
Rysunek 2.4 Złożony z dwóch kamer montaż "π <strong>of</strong><br />
<strong>the</strong> <strong>Sky</strong>" podczas testów w Brwinowie. (źródło<br />
http://grb/fuw.edu.pl)<br />
Rysunek 2.5 Zdjęcie komety z czerwca 2004<br />
roku pochodzące z danych zebranych w<br />
Brwinowie. (źródło http://grb/fuw.edu.pl)<br />
Wraz z ruchomym montażem i kamerami, do Chile zostały przewiezione dwa<br />
komputery, w których analizowane i magazynowane są otrzymane dane. Komputery te<br />
podłączone są do sieci internetowej dzięki czemu możliwa jest stała komunikacja z nimi<br />
oraz z kamerami, a także ewentualna interwencja w przypadku awarii. Na obu PC<br />
zainstalowany jest system operacyjny Linux, a większość oprogramowania została<br />
napisana w języku C++. Oprogramowanie podzielone jest na kilka głównych modułów,<br />
które odpowiedzialne są miedzy innymi za sterowanie montażem, czy systemem<br />
akwizycji danych (DAQ 7 ), natomiast wszystkie te moduły mogą komunikować się ze<br />
sobą dzięki systemowi CORBA 8 . Zarządzanie modułami odbywa się dzięki<br />
centralnemu modułowi o nazwie <strong>Pi</strong>Manager, potocznie nazywanego pimanem. Duża<br />
7 Data Aquisition <strong>System</strong><br />
8 CORBA (Common Object Request Broker Architecture) jest to standard uniwersalnej architektury<br />
służącej do komunikacji obiektów rozproszonych wprowadzony przez OMG (Object Management<br />
Group). Podstawowym celem jest umożliwienie komunikacji między odległymi i niekompatybilnymi<br />
systemami - pracującymi na różnych platformach sprzętowych i programowych.<br />
23
uwaga zwrócona jest na możliwość automatycznej naprawy obu komputerów bez<br />
fizycznej interwencji człowieka w Chile. Obie kamery mają wbudowany czujnik, który<br />
w przypadku awarii protokołu automatycznie je resetuje, a następnie przywraca im<br />
połączenie z komputerem. Oba PC mają aktywna opcje „Wake/Boot from LAN” i mogą<br />
być uruchamiane przez sieć, gdy zawiodą pliki systemowe. Dodatkowo każdy z<br />
komputerów może być resetowany i wyłączany/włączany przez drugiego. Bezpośrednia<br />
komunikacja z systemem jest prowadzona przez moduł <strong>Pi</strong>Shell. Podstawowe informacje<br />
dotyczące systemu (
sieci i przestawienie montażu do właściwej pozycji, zostaje wykorzystany na właściwą<br />
obserwację miejsca wystąpienia GRB.<br />
Dwukrotnie w ciągu nocy wykonywany jest skan całego nieba (wieczorny - przed<br />
główną obserwacją i poranny – następujący zaraz po niej). Podczas skanu pola<br />
fotografowane są trzykrotnie, z czasem naświetlania 10 sekund.<br />
Otrzymane z obserwacji zdjęcia są analizowane w czasie rzeczywistym pod<br />
względem poszukiwania błysków o czasie narastania rzędu kilku sekund [20]. Algorytm<br />
używany do poszukiwań błysków jest bardzo prosty: następuje w nim porównywanie<br />
wcześniejszych klatek zebranych na danym obszarze pod względem występowania<br />
<strong>nowych</strong> obiektów. Oczywiście w pierwszej fazie poszukiwań błysków znajdowane są<br />
wszelkiego rodzaju pochodne tła (w tej fazie liczba znalezionych błysków sięga rzędu<br />
10 9 ), lecz już żądanie koincydencji z obu kamer zmniejsza liczbę kandydatów na błysk<br />
o cztery rzędy wielkości. Kolejne zmniejszenie liczby interesujących przypadków<br />
odbywa się poprzez porównanie błysków z katalogiem znanych satelitów i <strong>gwiazd</strong><br />
stałych oraz wyznaczenie torów lotu na podstawie przypadków z wielu kolejnych<br />
klatek. Po takich cięciach liczba znalezionych błysków zmniejsza się z początkowych<br />
kilku miliardów do kilkunastu interesujących przypadków.<br />
Rysunek 2.6 Uproszczony schemat algorytmu poszukiwań błysków. Po prawej stronie zaznaczona jest<br />
liczba potencjalnych kandydatów na błyski po kolejnych cięciach<br />
25
Miejsca na klatkach, w których znajdują się pozostałe po segregacji błyski optyczne,<br />
są wycinane w formie kwadratu o długości boku 100 pikseli, z błyskiem znajdującym<br />
się na środku wycinka. Dodatkowo wycinki z takim samym obszarem są tworzone na<br />
klatkach sprzed i po zaobserwowaniu błysku i wszystkie razem zapisywane są na dysku.<br />
W trakcie obserwacji pobrane klatki kopiowane są na drugi komputer, gdzie następuje<br />
ich sumowania po 20. Dalej wykonywana jest analogiczna analiza do poszukiwania<br />
błysków, lecz tym razem z czasem narastania rzędu minut. Sumowanie klatek pozwala<br />
na podwyższenie stosunku sygnału do szumu i zwiększa zasięg widzenia <strong>gwiazd</strong> o 2<br />
magnitudo. Po zakończeniu obserwacji na obu komputerach rozpoczyna się analiza <strong>of</strong>fline.<br />
Na pierwszym PC, kontrolującym montaż, na którym znajdują się nieposumowane<br />
klatki następuje proces redukcji 10 , szybkiej fotometrii 11 , astrometrii 12 oraz<br />
katalogowania 13 . Na drugim PC, na sumach klatek, wykonywana jest redukcja, zwykła<br />
fotometria, a następnie jak w pierwszym przypadku, astrometria i katalogowanie.<br />
Dokładny opis poszczególnych procesów znajduje się poniżej. Podczas nocy zbieranych<br />
jest około 30 GB danych. Po przeprowadzeniu dziennych analiz na stałe zostaje<br />
zapisane około 10% z nich. Po zapełnieniu 200GB dysku wymiennego następuje<br />
zastąpienie go nowym, a dysk z zapisanymi danymi zostaje przewieziony do Warszawy<br />
celem dalszych analiz <strong>of</strong>f-line. Taka wymiana następuje raz na 2-3 miesiące [20].<br />
10 Przygotowanie klatki do dalszych procesów poprzez odjęcie od niej tła oraz jej optymalizację.<br />
11 Proces polegający na odnalezieniu na otrzymanych klatkach <strong>gwiazd</strong> oraz odczytaniu ich jasności i<br />
pozycji (x,y) na chipie.<br />
12 Transformacja współrzędnych instrumentalnych x,y pochodzących z chipu na współrzędne<br />
astronomiczne (ra, dec)<br />
13 Normalizacja jasności aparaturowych wyliczonych w procesie fotometrii, a następnie przypisanie<br />
otrzymanych danych do poszczególnych pomiarów w plikach astrometrii.<br />
26
Rysunek 2.7 Schemat przedstawiający system akwizycji danych (DAQ) w działaniu projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong><br />
<strong>Sky</strong>”<br />
REDUKCJA<br />
(plik typu .fits)<br />
FOTOMETRIA<br />
(plik typu .mag)<br />
Od surowej klatki odejmowany jest dark flat, czyli ciemna klatka,<br />
otrzymana poprzez naświetlenie chipu w takich samych warunkach jak<br />
klatki surowej (temperatura, czas ekspozycji), lecz przy zamkniętej<br />
migawce. Otrzymany wynik dzielony jest przez flat field (klatkę powstałą<br />
na skutek sumowania kilku klatek, który pozwala na uzyskanie<br />
jednorodności w jasności klatki pomimo różnic powstałych podczas<br />
produkcji obiektywu (jasność klatki jest największa przy jej środku).<br />
Procedura polegająca na odnalezieniu na zredukowanej klatce listy <strong>gwiazd</strong><br />
wraz z ich współrzędnymi na chipie. Jasność <strong>gwiazd</strong>y na chipie obliczana<br />
jest dla 4 apertur. W projekcie rozróżnia się dwa rodzaje fotometrii: szybką<br />
fotometrię przeprowadzaną dla klatek nie posumowanych na komputerze<br />
odpowiedzialnym za kontrolę kamer oraz fotometrię precyzyjną,<br />
wykonywaną na sumach 20 klatek. Szybka fotometria na pojedynczych<br />
klatkach nie jest zbyt precyzyjna (Rysunek 2.8), ale fotometria na sumach<br />
pozwala na osiągnięcie dokładności 0.1m aż do 12 wielkości <strong>gwiazd</strong>owej<br />
(Rysunek 2.9. )<br />
27
Rysunek 2.8 Rozkład błędu pomiaru<br />
jasności od jasności <strong>gwiazd</strong>y dla szybkiej<br />
fotometrii [21]<br />
Rysunek 2.9 Rozkład błędu pomiaru<br />
jasności od jasności <strong>gwiazd</strong>y dla<br />
fotometrii precyzyjnej [21]<br />
ASTROMETRIA<br />
(plik typu .ast)<br />
KATALOGOWA-<br />
NIE<br />
Porównanie otrzymanej listy <strong>gwiazd</strong> z katalogiem 118 218 <strong>gwiazd</strong>,<br />
stworzonym przez satelitę Hipparcos, wystrzelonym na orbitę<br />
okołoziemską 8 sierpnia 1989 roku przez Europejską Agencję Kosmiczną.<br />
Satelita ten miał za zadanie zebrać dane o paralaksach <strong>gwiazd</strong> (zaczynając<br />
od magnitudo 10) oraz dostarczyć dokładne pomiary odległości<br />
kilkudziesięciu tysięcy <strong>gwiazd</strong> (do 1 000 lat świetnych).[4] Dzięki<br />
porównaniu listy <strong>gwiazd</strong> z tym katalogiem możliwa jest transformacja<br />
otrzymanych z chipu współrzędnych instrumentalnych na współrzędne<br />
astronomiczne: rektascensję i deklinację.<br />
Normalizacja jasności aparaturowych wyliczonych w procesie fotometrii, a<br />
następnie przypisanie otrzymanych danych do poszczególnych pomiarów w<br />
plikach astrometrii. Drugim krokiem katalogowania jest wpisanie<br />
wszystkich danych dotyczących pomiaru do bazy danych projektu.<br />
Procedury redukcji, fotometrii i astrometrii początkowo zostały zaadoptowane z projektu ASAS<br />
i są stopniowo zastępowane algorytmami stworzonymi przez zespół „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>”. Proces<br />
katalogowania został stworzony przez Marcina Sokołowskiego, doktoranta z Instytutu<br />
Problemów Jądrowych., głównego programisty projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>”.<br />
Podczas pracy projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” od początku lipca do połowy stycznia 2006<br />
roku zarejestrowano 89 błysków γ. Tylko dwa z nich były w polu widzenia kamer.<br />
Połowa błysków zdarzyła się w ciągu dnia, część błysków była widoczna na półkuli<br />
północnej, kilkakrotnie zdarzyło się, że niebo przysłaniały chmury lub aparatura była<br />
wyłączona. 15 przypadków zdarzyło się poza polem widzenia FoV. Pomimo tych<br />
niepowodzeń aparatura ”π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” zdołała 13 razy określić limity dla błysków i<br />
28
opublikować je w sieci GCN [http://grb.fuw.edu.pl/pi/]. Dla dwóch zaobserwowanych<br />
błysków wyznaczono dokładne limity także sprzed błysku, w trakcie jego trwania i<br />
bezpośrednio po nim, była to pierwsza taka obserwacja.<br />
Przed GRB W czasie trwania GRB Po GRB<br />
GRB050412 14 >11.5 m >11.0 m >11.5 m<br />
GRB040825 >10.0 m >10,.0 m >9.5 m<br />
Rysunek 2.10 Wyznaczone limity dla dwóch zaobserwowanych błysków GRB (źródło π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>").<br />
Oprócz szukania błysków γ detektor „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” poszukuje zmienności w<br />
jasności <strong>gwiazd</strong>, obserwuje meteoryty, flary i inne zjawiska astronomiczne o wysokiej<br />
rozdzielczości czasowej.<br />
Cała aparatura oraz oprogramowanie projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” powstała w Polsce we<br />
współpracy z Instytutem Problemów Jądrowych, Centrum Fizyki Teoretycznej Polskiej<br />
Akademii Nauk, Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Warszawskiego (w<br />
tym we współpracy z dr G. Pojmańskim), Instytutu Fizyki Doświadczalnej<br />
Uniwersytetu Warszawskiego, Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego,<br />
Instytutu <strong>System</strong>ów Elektronicznych Politechniki Warszawskiej oraz dzięki<br />
uprzejmości i współpracy pr<strong>of</strong>. B. Paczyńskiego z Princeton.<br />
14 Nazwa błysku GRB oznacza błysk γ natomiast 050412 jest datą obserwacji, w tym przypadku jest to<br />
błysk γ zaobserwowany 12 kwietnia 2005 roku. Jest to uniwersalny sposób oznaczania pomiarów GRB.<br />
29
Rysunek 2.11 Aparatura projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>”<br />
umieszczona w zautomatyzowanym kontenerze<br />
(nazywanym Telescope Dome) w Las Campanas w<br />
Chile. (źródło: http://grb.fuw.edu.pl)<br />
Rysunek 2.12 Projekt "π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>" w Las<br />
Campanas w Chile. Po prawej stronie znajduje sie<br />
zautomatyzowany kontener mieszczący w sobie<br />
ruchomy montaż z kamerami oraz PC koordynujący<br />
jego prace. Po lewej stronie umieszczona jest stacja<br />
kontrolna. (źródło: http://grb.fuw.edu.pl)<br />
Rysunek 2.13 Droga Mleczna zarejestrowana aparaturą "π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>"<br />
30
3. Rozgrzewka – badanie działania systemu<br />
Moje zadanie w zespole „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” polegało między innymi na tworzeniu<br />
oprogramowania bezpośrednio związanego z tematem niniejszej pracy oraz programów<br />
ogólnych, wspomagających działanie projektu. Zanim przystąpiłam do rozwiązania<br />
głównego problemu jakim jest szukanie jasności <strong>gwiazd</strong> zaobserwowanych podczas<br />
skanów, postawiono przede mną trzy zadania, dzięki którym mogłam zapoznać się z<br />
działaniem systemu, strukturą i danymi zawartymi w poszczególnych logach oraz<br />
wdrożyć się w sposób pisania oprogramowania w taki sposób, aby był zrozumiały i<br />
użyteczny dla całego zespołu.<br />
Rysunek 3.1 Montaż wraz z kamerami podczas testów w Warszawie<br />
<strong>Pi</strong>erwszym z moich zadań było stworzenie oprogramowania pozwalającego na<br />
codzienne, automatyczne generowanie wykresów ruchu montażu, w celu sprawdzenia<br />
poprawności jego prowadzenia. Wykresy należało stworzyć w funkcji wskazań<br />
potencjometrów umieszczonych w montażu oraz w zależności od współrzędnych<br />
podawanych montażowi w skrypcie nocnym. Kolejne zadanie odnosiło się do<br />
uruchomienia na stronie publicznej projektu (grb.fuw.edu.pl) skryptu generującego<br />
tabelę z zaplanowanymi na daną noc obserwacjami (night schedule). Ostatnim<br />
31
zadaniem wprowadzającym było napisanie skryptu sprawdzającego, i w razie potrzeby<br />
poprawiającego, nazwy pól obserwacji, które zapisane są w plikach fitc.<br />
3.1 Wykresy ruchu montażu<br />
W celu kontroli ruchów montażu oraz jego precyzji, napisałam skrypty generujące<br />
ploty z korelacjami astrometrii z pozycją montażu oraz ze wskazaniami skryptu<br />
nocnego. Dane pochodzące z astrometrii są bardzo dokładne, gdyż otrzymywane są<br />
poprzez porównanie zaobserwowanych <strong>gwiazd</strong> z katalogiem. Za wykonanie tych<br />
wykresów odpowiedzialny jest skrypt główny<br />
mount.script_vs_daq.sh<br />
Skrypt ten wywoływany jest automatycznie na komputerach w Warszawie za<br />
pomocą pimana, zaraz po zakończeniu obserwacji, komendą:<br />
mount.script_vs_daq.sh yyyymmdd<br />
gdzie yyyymmdd określa noc, dla której przeprowadzana była obserwacja. Parametr ten<br />
używany jest do opisywania wykresów i umieszczany jest także w nazwie plików, w<br />
celu zapewnienia jak największej przejrzystości przechowywanych na dyskach danych.<br />
Rezultatem działania tego skryptu jest 5 wykresów w formacie gif wygenerowanych<br />
poprzez program root:<br />
1. yyyymmddDEC.gif – zależność czasowa współrzędnej deklinacji dla<br />
danych montażu odczytanych z potencjometrów (czarny kolor) oraz astrometrii (kolor<br />
czerwony). Przykład: 20050401DEC.gif - system zaczął działać koło godziny 1:30,<br />
na pierwszych zebranych klatkach zbiegła astrometria. Po 10 minutach system<br />
przeszedł do trybu skanu wieczornego (astrometria na skanach wywoływana jest <strong>of</strong>fline).<br />
Skan trwał 15 minut i po tym czasie rozpoczęła się obserwacja pól o deklinacjach<br />
-15 i 0 stopni. Po skanie porannym astrometria nie zbiegła. Na wykresie widać<br />
nieznaczne przesunięcie dla pól o dec=-15 stopni.<br />
32
Rysunek 3.2 20050401DEC.gif<br />
2. yyyymmddHA.gif – wykres zmienności kąta godzinnego (ang. Hour Angle,<br />
HA 15 ) dla danych pochodzących z potencjometrów montażu (kolor czarny) i astrometrii<br />
(kolor czerwony). Na plocie tym widać dużą zgodność pomiędzy montażem i<br />
astrometrią. Bardzo wyraźne są ruchy montażu podczas wykonywania skanu koło<br />
godziny 2:00 i 11:00.<br />
Rysunek 3.3 20050401HA.gif<br />
15 Kąt dwuścienny zawarty pomiędzy płaszczyzną lokalnego południka i płaszczyzną koła godzinnego<br />
danego obiektu. Kąt godzinny odmierza się w kierunku zgodnym z dziennym ruchem sfery niebieskiej, a<br />
przyjmuje on wartości (0h,24h) lub (0°,360°)<br />
33
3. ALT.gif – wykres wysokości kamer nad horyzontem w czasie.<br />
Charakterystyczny garb powstaje na skutek obrotu Ziemi, kiedy montaż zmuszony jest<br />
do ciągłego korygowania swojej pozycji, aby fotografować ten sam punkt nieba.<br />
Rysunek 3.4 ALT.gif dla danych z 2005-04-01<br />
4. diff_DEC.gif – różnica deklinacji pomiędzy danymi pochodzącymi z<br />
astrometrii, a skryptem nocnym.<br />
5. diff_RA.gif - różnica rektascensji pomiędzy danymi pochodzącymi z<br />
astrometrii, a skryptem nocnym.<br />
Rysunek 3.5 diff_DEC.gif . Dane z 2005 04 01 Rysunek 3.6 diff_RA.gif. Dane z 2005 04 01<br />
Na osi OX wszystkich wykresów odłożony jest czas w Warszawie w formacie<br />
hh/mm.<br />
34
Dzięki wykresom różnic pomiędzy astrometrią a danymi ze skryptu nocnego<br />
zauważono, iż pozycja montażu nie jest dokładnie taka sama jak w skrypcie. Montaż<br />
podczas dłuższej obserwacji jednego miejsca zaczynał nieznacznie ‘pływać’, a jego<br />
niedokładność sięgała ponad pół stopnia w deklinacji i rektascensji (Rys. 3.7 i 3.6). W<br />
celu stabilizacji pozycji montażu została wprowadzona formuła samoprowadzenia (ang.<br />
autoguide). Polega ona na korekcie prędkości montażu dzięki danym o jego pozycji<br />
otrzymanym z astrometrii. Zabieg ten bardzo poprawił pozycję montażu, dzięki czemu<br />
możliwa jest obserwacja <strong>gwiazd</strong> w tych samych punktach na kolejnych zdjęciach<br />
wykonanych przez kamery.<br />
Autoguiding został zaimplementowany do oprogramowania projektu 18-go kwietnia<br />
2005 roku. Uruchamia się go tylko podczas obserwacji zawartych pomiędzy skanami<br />
wieczornym i porannym. Korzystanie z niego w czasie skanów jest bezcelowe, gdyż<br />
podczas przechodzenia pomiędzy kolejnymi polami wykorzystywana jest już<br />
informacja o pozycji pochodząca z astrometrii, a montaż w żadnym z tych pól nie<br />
przebywa na tyle długo, aby na zdjęciach widoczny był jego ruch. Po zastosowaniu<br />
samoprowadzenia nastąpiła widoczna poprawa w pozycji montażu. Odstępstwa<br />
zarówno w deklinacji jak i rektascensji nie przekraczają 0.01 stopnia, co oznacza, że<br />
prowadzenie montażu poprawiło się dziesięciokrotnie.<br />
Rysunek 3.8 diff_DEC.gif . Dane z 2005 04 30 z<br />
włączonym samoprowadzeniem<br />
Rysunek 3.9 diff_RA.gif. Dane z 2005 04 30 z<br />
włączonym samoprowadzeniem<br />
35
3.2 Conocny plan obserwacji<br />
Do stworzenia pliku zawierającego informacje na temat zaplanowanych obserwacji<br />
wykorzystałam plik current_night.pish 16 (skrypt z instrukcjami dla montażu na<br />
daną noc). Oprogramowanie tworzące ten plik składa się ze skryptu wywołującego,<br />
public.sh, przygotowującego dane oraz programu głównego, to_public.cpp,<br />
przetwarzającego informacje i generującego końcową tabelę. Kody źródłowe obu<br />
programów załączone są w dodatku A.<br />
_________________________________________________________<br />
time_start_UT RA[deg] DEC[deg] time_end_UT<br />
_______________________________________________________________<br />
2005-08-09 23:00 297.5 -30 2005-08-09 23:25<br />
2005-08-09 23:25 evening scan 2005-08-09 23:35<br />
2005-08-09 23:35 313 -30 2005-08-10 00:15<br />
2005-08-10 00:15 315 -15 2005-08-10 00:55<br />
2005-08-10 00:55 328.75 -30 2005-08-10 01:35<br />
2005-08-10 01:35 330 -15 2005-08-10 05:30<br />
2005-08-10 05:30 31.25 -30 2005-08-10 09:40<br />
2005-08-10 09:40 morning scan 2005-08-10 10:00<br />
2005-08-10 10:00 75 0 2005-08-10 10:40<br />
Rysunek 3.10 Wynik działania programów public.sh oraz to_public.cpp. Dane dla nocy z 9-go<br />
sierpnia 2005 roku. Czas początku i końca obserwacji podany jest w czasie UT 17 . Tabela ta dostępna jest<br />
na stronie publicznej projektu (grb.fuw.edu.pl) pod zakładką night schedule<br />
Najtrudniejszym krokiem, jaki należało wykonać podczas tworzenia programu do<br />
automatycznego generowania planu obserwacji, było pokonanie bariery strefy czasowej<br />
oraz różnych przesunięć wynikających z przeprowadzania obserwacji na drugiej<br />
półkuli. Skrypt musiałam napisać z niezwykłą dbałością o zmianę dni, miesięcy, lat oraz<br />
stuleci, starałam się, aby był on w pełni uniwersalny. Przeprowadzone testy oraz<br />
kontrola podczas jego pracy dała wyniki w pełni pozytywne. Zadanie to wykonałam<br />
razem z Marcinem Sokołowskim.<br />
Dzięki pracy nad tym skryptem miałam możliwość zapoznania się z budową skryptu<br />
kontrolującego ruch montażu przez cały czas obserwacji. W skrypcie oprócz danych<br />
dotyczących ruchu montażu oraz wywołania dodatkowych skryptów zawierających plan<br />
16 Po zakończeniu obserwacji zmieniana jest nazwa tego skryptu do formatu yyyymmdd.pish i<br />
kopiowany jest on do archiwum, w którym przechowywane są wszystkie skrypty, z których korzystał<br />
montaż.<br />
17 Umowny czas słoneczny, obowiązujący dla zerowego południka, od którego liczymy różnice dla<br />
czasów strefowych, i który stanowi podstawę różnych obliczeń dla czasów lokalnych.<br />
36
obserwacji podczas wykonywania skanu wieczornego i porannego, znajduje się także<br />
nagłówek z ogólnymi danymi dotyczącymi wschodu i zachodu Słońca, pola<br />
obserwowanego przez satelitę HETE i INTEGRAL oraz dane dotyczące fazy i pozycji<br />
księżyca. Takie informacje mogą być bardzo użyteczne podczas analizy otrzymanych<br />
klatek – możemy np. badać, jak faza księżyca wpływa na ilość zaobserwowanych<br />
<strong>gwiazd</strong>.<br />
# auto-generated script<br />
# night : 20050520<br />
# SUN sets at 1840 LCO time, at (AZ,H)=(107.61,-9.91) [deg]<br />
# SUN rises at 0635 LCO time<br />
# SWIFT at 20050330_195600 is at (RA,DEC)=(205.06,45.00)<br />
# HETE info file date : 20050520_150300<br />
# HETE RA=237.12=15h48m28.80s DEC=-20.94<br />
# MOON RA=205.94=13h43m44.60s DEC=-11.16 illum = 92.23 %<br />
# MOON will set at 20050521_051519, illum = 93.80 %<br />
# INTEGRAL RA=196.51=13h06m02.16s DEC=29.49<br />
# MOON > 60 %<br />
Rysunek 3.11 Nagłówek skryptu nocnego current_night.pish dla nocy z 20-go maja 2005r<br />
3.3 Koordynowanie nazw obserwowanych pól<br />
W każdym wykonanym przez kamery zdjęciu zapisane są podstawowe informacje o<br />
nim, czyli dane dotyczące obserwowanego pola, lokalizacji montażu, kamer, czasu<br />
ekspozycji oraz wiele innych technicznych danych takich jak temperatura chipu, sposób<br />
kompresji itd. Dane te podzielone są na osobne sekcje, w celu większej przejrzystości i<br />
łatwiejszego poruszania się miedzy nimi. Działanie skryptu do_object! ogranicza się<br />
do danych zawartych w sekcji nr 3 dotyczącej pola obserwacji. Znajdują się w niej dane<br />
takie jak:<br />
SECTIO3 = ----- Object ----------/<br />
OBJECT = 'S0800-60' / Object<br />
nazwa sekcji<br />
nazwa obserwowanego pola<br />
37
ROTATE = 1 / S is UP ( rotated FOV )<br />
RA = 8.05235219 / RightAscension - observed<br />
DEC = -60.51242949 / Declination - observed<br />
HA = 2.31593045 / Hour angle<br />
AZIM = 7.68933032 / Azimuth - observed<br />
ALT = 0.63500893 / Altitude - observed<br />
ZENITH_D= 39.36499107 / zenith distance @ end<br />
exposure<br />
OBSMODE = 1 / Obs mode 0-const, 1-tracking<br />
FLIP = '2' / Image flip FH-horiz, FV-vert<br />
Obrót<br />
rektascensja środka pola<br />
deklinacja środka pola<br />
kąt godzinny<br />
azymut<br />
wysokość<br />
odległość od zenitu<br />
tryb obserwacji<br />
obrót obrazu<br />
W nazwie pola OBJECT można znaleźć informacje o rektascensji i deklinacji środka<br />
pola oraz trybie obserwacji (np. S - oznacza skan, H - obserwację pola widzenia satelity<br />
HETE, I - obserwację pola widzenia satelity INTEGRAL itp.). Czasem zdarza się, że<br />
dane o współrzędnych środka pola nie są analogiczne do nazwy pola. Taki błąd może<br />
zdarzyć się, gdy zmieniana jest zaplanowana pozycja montażu (otrzymany zostaje<br />
sygnał z sieci GCN) lub gdy nie wykonała się na danej klatce astrometria, a także gdy<br />
montaż jest sterowany ręcznie na pole, które nie zostało zdefiniowane w ogólnej liście<br />
dostępnych pól. Kilkakrotnie zdarzyło się też wpisanie w nazwę pola symbolu SKY.<br />
Skrypt do_object! ma za zadanie poprawę nazwy pól. Działa on dwustopniowo.<br />
Najpierw wywoływany jest skrypt do_testastro_para!. Skrypt ten porównuje dane<br />
o współrzędnych środka klatki pomiędzy polem OBJECT, a informacją pochodzącą z<br />
astrometrii zawartą w RA i DEC. Jeżeli różnica pomiędzy polem w OBJECT, a RA i DEC<br />
jest mniejsza od 2 stopni 18 - klatka nie zostaje zmieniona, jeżeli natomiast jest większa -<br />
następuje poszukiwane wśród wszystkich dostępnych pól takiego, które odpowiadałoby<br />
parametrom rektascensji i deklinacji z astrometrii. Po odnalezieniu odpowiadającego<br />
współrzędnym pola w pliku fits nadpisywana jest jego nowa wartość. Może się również<br />
zdarzyć, że nie zostanie znalezione pole odpowiadające danym współrzędnym, wtedy<br />
przed nazwą pola dopisywana jest litera U (z ang. unidentified).<br />
18 Parametr zbieżności wynoszący 2 stopnie został wybrany po przeprowadzeniu serii testów. Tabela z<br />
danymi utworzona podczas przeprowadzania tych analiz znajduje się na stronie<br />
http://www.fuw.edu.pl/~kkrupska/parametr/tabela_test.html<br />
38
Tabela 3.1 Poniżej w tabeli zamieściłam dwa przykłady. W pierwszym wierszu nastąpiła zamiana złego<br />
pola I1900+15 na poprawne I1400-15. Różnica w rektascensji wynosiła 4.99421 stopnia a w deklinacji<br />
30.0714 stopnia. W drugim przypadku nie znaleziono pola odpowiadającego współrzędnym,<br />
pochodzącym z astrometrii i pole to zostało oznaczone literą U.<br />
zamiana<br />
odrzucenie<br />
k2a_050412_02527.fitc diff_RA: 4.99421 diff_DEC: 30.0714<br />
k2a_050412_02527.fitc replace OBJECT: I1900+15 -> I1400-15<br />
k2a_050412_01962.fitc diff_RA: 0.00166749 diff_DEC: 2.67203<br />
k2a_050412_01962.fitc replace OBJECT: H1300-15 -> U_H1300-15<br />
W drugiej części działania skryptu do_object! wywoływany jest skrypt<br />
do_new_frames_list!, który tworzy listę tylko tych fitsów, które podczas działania<br />
skryptu do_testastro_para!, nie otrzymały litery U przed nazwą pola OBJECT.<br />
Nazwy utworzonych list to object_frams_list_ccd1 i object_frames_list_ccd2.<br />
Na podstawie tych plików są wykonywane kolejne procedury analizy <strong>of</strong>f-line.<br />
39
4. Analiza skanów<br />
Głównym celem mojej pracy było stworzenie w pełni automatycznego<br />
oprogramowania, które ułatwiałoby przeglądanie danych pochodzących ze skanów w<br />
sposób umożliwiający wyszukiwanie <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> i <strong>zmiennych</strong>, a także innych<br />
ciekawych zjawisk astronomicznych o rozdzielczości czasowej rzędu kilkudziesięciu<br />
godzin, jakie upływają pomiędzy kolejnymi zdjęciami pola.<br />
Gwiazdy nowe należą do klasy <strong>gwiazd</strong> wybuchowych i charakteryzują się<br />
gwałtownym zwiększeniem jasności, od kilku do nawet 15 magnitudo. Po osiągnięciu<br />
maksimum jasności spadek - o trzy wielkości <strong>gwiazd</strong>owe - może trwać od 100 do ponad<br />
1000 dni w zależności od rodzaju nowej 19 . Po tym czasie <strong>gwiazd</strong>a nadal stopniowo<br />
słabnie, do momentu osiągnięcia wartości jasności sprzed wybuchu.<br />
Określenie „<strong>gwiazd</strong>a nowa” pochodzi z II wieku p.n.e. i zostało wprowadzone przez<br />
Hipparchosa z Nicei. Zauważył on w <strong>gwiazd</strong>ozbiorze Skorpiona <strong>gwiazd</strong>ę, której nikt<br />
wcześniej nie obserwował. Po pewnym czasie <strong>gwiazd</strong>a ta stała się niewidoczna.<br />
Największymi osiągnięciami Hipparchosa, było zmierzenie odległości Ziemi od<br />
Księżyca 20 , wyznaczenie czasu obrotu Ziemi wokół Słońca, wprowadzenie południków<br />
i równoleżników oraz wykonanie atlasu 1080 <strong>gwiazd</strong>. To właśnie podczas<br />
katalogowania <strong>gwiazd</strong> Hipparchos wprowadził jednostkę wielkości <strong>gwiazd</strong>owej (z<br />
łaciny magnitudo) [23]. Tworząc katalog, podzielił on wszystkie <strong>gwiazd</strong>y widoczne<br />
gołym okiem na 6 kategorii jasności. Najjaśniejsze z nich otrzymały wielkość<br />
<strong>gwiazd</strong>ową równą 0, a najsłabsze – 6.<br />
19<br />
Na – szybkie nowe, spadek ich jasności o 3 magnitudo następuje już po 100 dniach, Nb – powolne<br />
nowe, u których spadek jasności po 100 dniach nie przekracza 3 jasności <strong>gwiazd</strong>owych i Nc – nowe<br />
bardzo powolne, które próg spadku 3 magnitudo przekraczają po około 3 latach. Istnieje także typ Nr<br />
<strong>gwiazd</strong>y nowej, która w ciągu swojego życia wybucha więcej niż raz.<br />
20 Na podstawie analizy wyników obserwacji zaćmień Słońca stwierdził, że odległość do Księżyca<br />
wynosi 59 promieni Ziemi. Wynik ten różni się zaledwie o 2% od współcześnie przyjmowanej średniej<br />
odległości Księżyca.<br />
40
Rysunek 4.1 Hipparchos, grecki astronom, matematyk i geograf żyjący około 190 p.n.e. - 120 p.n.e.,<br />
wynalazca pierwszej skali jasności <strong>gwiazd</strong><br />
Informacje o obserwacjach <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> pochodzą także z kronik chińskich, prac<br />
Tycho Brahe 21 i Kepplera. Kolejne wzmianki o <strong>gwiazd</strong>ach <strong>nowych</strong> znajdują się dopiero<br />
w pracach astronomów z XIX wieku.<br />
Pod koniec ubiegłego wieku amerykański astr<strong>of</strong>izyk, Robert Kraft potwierdził<br />
wcześniejsze przypuszczenia astronomów, że <strong>gwiazd</strong>y nowe należą do układów<br />
podwójnych [25]. Jedna z <strong>gwiazd</strong> tego układu jest przeważnie białym karłem 22 , druga<br />
natomiast chłodną <strong>gwiazd</strong>ą typu głównego (chłodna i mało masywna), względnie<br />
olbrzymem lub podolbrzymem. Masa z <strong>gwiazd</strong>y chłodnej jest ściągana przez grawitację<br />
białego karła. Po osiągnięciu przez niego odpowiedniej masy temperatura wzrasta na<br />
tyle, że możliwe jest zajście procesów termojądrowych. Ponieważ reakcje te zachodzą<br />
bardzo gwałtownie, cały proces ma charakter wybuchu. Po początkowym, bardzo<br />
szybkim wzroście jasności i osiągnięciu maksimum, następuje stopniowy jej spadek, aż<br />
do stanu z przed wybuchu.<br />
21 Duński astronom z XVI wieku. 11 listopada 1572 roku odkrył <strong>gwiazd</strong>ę supernową w <strong>gwiazd</strong>ozbiorze<br />
Kasjopei, która świeciła przez 16 miesięcy. Obserwacje nowej <strong>gwiazd</strong>y opisał w pracy De Nova Stella (O<br />
nowej gwieździe) w 1573.<br />
22 Obiekt astronomiczny powstały po "śmierci" mało lub średnio masywnej <strong>gwiazd</strong>y (poniżej 1,4 masy<br />
Słońca), której jądro nie osiągnęło temperatury wystarczającej do zapłonu węgla w reakcjach syntezy<br />
termojądrowej. Brak ciśnienia reakcji termojądrowych sprawia, że jądro <strong>gwiazd</strong>y zapada się pod<br />
własnym ciężarem osiągając ogromną gęstość - masę Słońca ściśniętą w obszarze wielkości Ziemi.<br />
41
Rysunek 4.2 Rysunek zaczerpniety ze strony AAVSO 23 (American Association <strong>of</strong> Variable Star<br />
Observers). Czerwony olbrzym (ang. Red Dwarf) zrzuca na powierzchnię białego karła strumień<br />
rozproszonej materii (ang. stream <strong>of</strong> mater). Zjawisko to nosi nazwę akrecji. W układach podwójnych,<br />
materia podlegająca akrecji ma znaczny moment pędu, uniemożliwiający bezpośrednie opadnięcie na<br />
powierzchnię <strong>gwiazd</strong>y. Powoduje to powstanie wokół karła dysku akrecyjnego (ang. accretion disk), z<br />
którego materia może opaść dopiero po utracie momentu pędu przez część cząstek<br />
Gwiazdy nowe oznaczane są za pomocą łacińskiego wyrazu Nova przeważnie z<br />
dodaniem nazwy <strong>gwiazd</strong>ozbioru i rokiem pojawienia się, jak np Nova Cassiopeia 1995,<br />
a dodatkowo otrzymują dodatkowe, typowe oznaczenia dla <strong>gwiazd</strong>y zmiennej (dla<br />
nowej wymienionej powyżej jest to V723 Cas).<br />
Rysunek 4.3 Schematyczna krzywa blasku <strong>gwiazd</strong>y nowej. Wahania w jasności można podzielić na 4<br />
obszary: gwałtowny wzrost jasności, początkowy powolny spadek, okres przejściowy i końcowy spadek<br />
jasności do osiągnięcia stanu sprzed wybuchu. Zachowanie <strong>gwiazd</strong>y w obszarze przejściowym definiuje<br />
klasę szybkości nowej (dla najszybszych <strong>nowych</strong> jasność w obszarze przejściowym maleje<br />
monotonicznie) [23]<br />
23 http://www.aavso.org/<br />
42
Rysunek 4.4 Przykład krzywej blasku dla rzeczywistej nowej - dla Nova Cassiopeia 1995. Dane te<br />
pochodzą z bazy danych AAVSO i przedstawiają jej zmiany jasności od 1 lipca 1995 do 21 grudnia 2000.<br />
V723 Cas została odkryta przez zespół japoński (M. Yamamoto, Okazaki, Aichi) w sierpniu 1995<br />
Charakterystyczną własnością <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong>, opisaną powyżej, jest ich nagłe<br />
pojawienie się oraz powolne pociemnienie i właśnie tą cechę wykorzystałam podczas<br />
pisania oprogramowania wyszukującego. W celu przyspieszenia mechanizmu<br />
automatycznego <strong>wyszukiwania</strong> <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> dla projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>”<br />
zastosowałam proces dwustopniowy.<br />
W pierwszym kroku informacje o <strong>gwiazd</strong>ach, które danej nocy zostały<br />
zaobserwowane po raz pierwszy na klatkach pochodzących ze skanów, wprowadzam do<br />
osobnej tabeli w bazie (tabela ta nosi nazwę novaevents). Czynnikiem<br />
ograniczającym wprowadzenie do tej tabeli informacji o gwieździe zaobserwowanej po<br />
raz pierwszy, jest jej lokalizacja na polu, które nie było obserwowane minimum 3 razy.<br />
Poznanie historii obserwacji pola jest bardzo ważne przy wykluczeniu z dalszej analizy<br />
<strong>gwiazd</strong> stałych, które zostały zaobserwowane po raz pierwszy, co zdarza się jedynie<br />
podczas pierwszych obserwacji nowego pola. Dokładny opis użytego parametru<br />
określającego ilość minimalnej liczby obserwacji pola oraz fizyczna interpretacja jego<br />
wyboru znajduje się w rozdziale 5. Wyszukiwanie <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> – wypełnianie tabeli<br />
novaevents, w którym także zamieściłam dokładny opis programu i wszystkich<br />
wykorzystanych w nim kryteriów odpowiedzialnych za wypełnianie tej tabeli.<br />
Kolejnym krokiem jest selekcja wszystkich dodanych do tej tabeli <strong>gwiazd</strong>. Wiedząc,<br />
iż <strong>gwiazd</strong>a nowa zmniejsza swą jasność o 3 magnitudo nie wcześniej niż po 100 dniach<br />
od osiągnięcia maksimum jasności, w kolejnym kroku analizy pozostawiam tylko te<br />
<strong>gwiazd</strong>y, dodane do tabeli novaevents, które były obserwowane jeszcze przez co<br />
najmniej 5 razy. Klasyfikacja ta także jest dwupoziomowa:<br />
43
• sprawdzanie wystąpienia <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> poprzez analizę ‘wstecz’ – <strong>gwiazd</strong>a<br />
zaobserwowana jako nowa sprawdzana jest pod kątem jej wystąpień na<br />
kolejnych klatkach pochodzących z następnych nocy obserwacji zadanego<br />
fragmentu nieba. Analiza ta jest bardzo dokładna, lecz nie jest możliwe<br />
uzyskanie dzięki niej informacji o <strong>gwiazd</strong>ach <strong>nowych</strong> zaraz po ich wystąpieniu.<br />
Głównym parametrem wskazującym na zaobserwowanie <strong>gwiazd</strong>y nowej<br />
podczas tej analizy jest jej pięciokrotna obserwacja podczas kolejnych 30 dni po<br />
jej pierwszej rejestracji. Dokładniejszy opis parametrów tej analizy oraz<br />
programu odpowiedzialnego za jej przeprowadzenie znajduje się w podrozdziale<br />
4.3 Wyszukiwanie <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> – zastosowanie analizy wstecz.<br />
• analiza <strong>gwiazd</strong> dodanych do tabeli novaevents zaraz po zakończeniu nocnych<br />
obserwacji i po wykonaniu procesu katalogowania. Polega ona na sprawdzeniu<br />
pojedynczych klatek z 10-cio sekundowych naświetlań. Warunkiem koniecznym<br />
na wyodrębnienie nowej jest wystąpienie jej na wszystkich (bądź prawie<br />
wszystkich) zdjęciach wykonanych przez kamerę k2a i k2b, na których po<br />
zsumowaniu została zauważona <strong>gwiazd</strong>a nowa. Ścisłe omówienie tej selekcji<br />
<strong>gwiazd</strong> znajduje się w podrozdziale 4.4 Wyszukiwanie <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> – na<br />
bieżąco. Ten system <strong>wyszukiwania</strong> nie skupia się na parametrach <strong>gwiazd</strong><br />
<strong>nowych</strong>, lecz na samym fakcie zaobserwowania nowego obiektu niebieskiego.<br />
Dopiero późniejsza obserwacja i analiza krzywej blasku, mogą udzielić<br />
odpowiedzi na pytanie, czy jest to <strong>gwiazd</strong>a nowa. Dla „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” jest jednak<br />
bardzo ważne zastosowanie algorytmów, które na bieżąco, po każdej nocy<br />
obserwacji, mogą wyszukiwać na niebie nowe zjawiska.<br />
4.1 Astrometria i katalogowanie <strong>gwiazd</strong> pochodzących ze skanów<br />
W celu ustalenia współrzędnych niebieskich <strong>gwiazd</strong> zapisanych na chipie detektora<br />
oraz ustalenia jasności <strong>gwiazd</strong>y, należy wykonać proces astrometrii. W tym celu<br />
napisałam skrypt scan_run_pipe.sh, który składa się z programów wykonanych na<br />
potrzeby projektu ASAS i przystosowanych do projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>”. Ponieważ dane<br />
pochodzące z właściwych nocnych obserwacji i skanów różnią się między sobą<br />
zarówno czasem naświetlania klatek jak i sposobami sumowania, moim zadaniem było<br />
44
przystosowanie istniejących już programów i skryptów do stworzenia jednolitej<br />
procedury pipeline 24 dedykowanej wyłącznie danym pochodzącym ze skanów.<br />
W tym miejscu należy wspomnieć, iż już wcześniej, Katarzyna Kwiecińska<br />
prowadziła badania mające na celu analizę wyznaczania jasności <strong>gwiazd</strong> podczas<br />
wykonywania procedury pipeline [26]. Wykazała ona, że błędy systematyczne, takie jak<br />
różnica czułości pomiędzy pikselami, a także wewnątrz pojedynczego piksela, czy<br />
zachmurzenie i faza w jakiej znajduje się Księżyc, maja bardzo duży wpływ na<br />
dokładność przeprowadzonej przez pipeline analizy otrzymanych zdjęć.<br />
4.2 Wyszukiwanie <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> – wypełnianie tabeli novaevents<br />
Gwiazdy zaobserwowane podczas skanów wieczornego i porannego, po wykonaniu<br />
na nich procedur pipeline i skatalogowaniu w bazie danych, zostają poddawane<br />
kolejnym czynnościom, mającym na celu ich analizę pod względem <strong>wyszukiwania</strong><br />
wśród nich <strong>nowych</strong>. W celu szybszego działania programów wyszukujących, w bazie<br />
skanów zsumowanych scan została wyodrębniona tabela novaevents. Tabela ta<br />
wypełniana jest danymi dotyczącymi tylko tych <strong>gwiazd</strong>, które zostały wyodrębnione po<br />
przeprowadzeniu serii cięć, mających na celu oddzielenie <strong>gwiazd</strong> stałych od <strong>nowych</strong><br />
oraz <strong>zmiennych</strong>. Za wypełnienie tej tabeli odpowiedzialny jest program<br />
do_novaevents.pl, który zostaje wywołany dla jednej, zadanej nocy obserwacji.<br />
Program ten napisałam w języku Perl, który ma zaimplementowaną obsługę bazy<br />
danych PostgreSQL i umożliwia generowanie zapytań w języku SQL. Łączenie<br />
programu z bazą danych odbywa się za pomocą polecenia:<br />
use DBI;<br />
$dbh=DBI->connect(„dbi:Pgdbname=$name”,”$pidb_user”,””);<br />
Program do_novaevents.pl analizuje wszystkie dodane do bazy scan rekordy<br />
dla wybranej nocy. Każda z <strong>gwiazd</strong> zostaje sprawdzona pod względem trzech głównych<br />
parametrów, i jeżeli spełnia ona wszystkie kryteria opisane tymi parametrami, zostaje<br />
wpisana do tabeli novaevents. Poniżej przedstawiam listę użytych parametrów oraz<br />
krótką charakterystykę ich doboru:<br />
24 <strong>Pi</strong>pelinem nazywany jest zbiór procedur, którym poddawane są otrzymane zdjęcia nieba: redukcja,<br />
fotometria, astrometria, katalogowanie i wizualizacja wyników.<br />
45
1. Danej nocy <strong>gwiazd</strong>a została zaobserwowana po raz pierwszy. Taka sytuacja w<br />
bazie danych opisywana jest parametrem new_star w tabeli measurements<br />
(dotyczącej poszczególnych pomiarów dla danej <strong>gwiazd</strong>y). Pole new_star ma<br />
wartość true, gdy <strong>gwiazd</strong>a ta została wpisana do bazy po raz pierwszy i<br />
wartość false w innym przypadku.<br />
2. Ponieważ detektor używany w projekcie „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” pozwala na obserwacje<br />
<strong>gwiazd</strong> o jasności do 11 magnitudo dla pojedynczych, 10-cio sekundowych<br />
naświetlań, dlatego też ta wartość jasności jest wartością graniczną dla <strong>gwiazd</strong><br />
umieszczanych w tabeli novaevents. Ograniczenie to jest pomocne podczas<br />
późniejszego oglądania <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> na pojedynczych klatkach, bo pomimo,<br />
iż wyszukiwanie <strong>gwiazd</strong> odbywa się w bazie skanów zsumowanych, to w celu<br />
ich weryfikacji, <strong>gwiazd</strong>y oglądane są również na pojedynczych klatkach.<br />
3. Przed uruchomieniem programu do_novaevents.pl wykonałam kilka<br />
statystyk dotyczących pojawiania się <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> w funkcji liczby<br />
obserwacji dla konkretnych pól. Z uwagi na zmienne warunki atmosferyczne<br />
(np. chmury), problemy techniczne (tj. awaria migawki) oraz zdolność<br />
rozdzielczą detektora nie jest możliwe, aby już po pierwszej obserwacji pola<br />
wszystkie <strong>gwiazd</strong>y zostały dopisane do bazy. W celu wyeliminowania z dalszej<br />
analizy <strong>gwiazd</strong> stałych, wprowadziłam cięcie dotyczące ilości obserwacji pola<br />
przed znalezieniem nowej. Początkowo parametr minimalnej liczby obserwacji<br />
pola ustawiony był na 10, co umożliwiało odsunięcie od dalszych obliczeń<br />
dużego procentu <strong>gwiazd</strong> stałych, lecz równocześnie bardzo ograniczało liczbę<br />
pozostałych do analizy „<strong>nowych</strong>”. Podczas kolejnych testów wykonywanych na<br />
tabeli novaevents i porównywaniu otrzymanych wyników z listą <strong>gwiazd</strong><br />
<strong>nowych</strong>, jakie pojawiły się w czasie trwania eksperymentu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>”,<br />
podjęłam decyzję o wprowadzeniu mniej rygorystycznych cięć. Bardzo zależało<br />
mi, aby wśród <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> znajdujących się w tabeli, znalazła się także<br />
„udokumentowana” nowa, o nazwie V 5115 Sgr, odkryta 28 marca 2005 roku<br />
przez zespół japoński. Gwiazda ta po raz pierwszy została zaobserwowana przez<br />
kamery naszego projektu dnia 27 marca 2005 roku na polu oznaczonym<br />
symbolem S1900-15. Dla pola tego była to dopiero trzecia obserwacja i<br />
początkowo <strong>gwiazd</strong>a ta nie była wyodrębniona jako nowa, gdyż nie spełniała<br />
wszystkich postawionych przeze mnie założeń. Ostatecznie do novaevents<br />
46
wpisywane są tylko takie <strong>gwiazd</strong>y, które znajdują się na polach obserwowanych<br />
co najmniej po raz trzeci. Dodatkowo w tabeli zostało dodane pole<br />
ne_field_obs, które nie było uwzględnione podczas początkowych testów.<br />
Wpisywana jest w nim liczba wcześniejszych obserwacji pola, dzięki czemu w<br />
kolejnych krokach analizy można zażądać dłuższej, np. 10-ciokrotnej<br />
obserwacji. Problem z liczbą wcześniejszych obserwacji danego pola dotyczy w<br />
zasadzie tylko tych <strong>gwiazd</strong>, które zostały zaobserwowane w początkowej fazie<br />
projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>”. <strong>Pi</strong>erwsze pola obserwowane podczas skanów były<br />
zupełnie przypadkowe, nie przebiegały według określonego harmonogramu, a<br />
nazwy pól nie odzwierciedlały położenia ich obserwowanego środka (SKAN1,<br />
SKAN2 itp.). W połowie listopada 2004 roku został wprowadzony nowy system<br />
nazewnictwa pól skanów, który obowiązuje do dziś. Nazwa pola składa się z<br />
trzech danych: nazwy trybu obserwacji (S - skan) oraz rektascensji i deklinacji<br />
środka pola (np. S1900-15 oznacza pole obserwowane podczas skanu o<br />
współrzędnych środka ra,dec (1900,-15)). Umożliwia to głębszą analizę danych<br />
pochodzących ze skanów i ułatwia odtwarzanie historii obserwacji <strong>gwiazd</strong>y.<br />
Algorytm programu do_novaevents.pl zamieszczony jest w schemacie 1<br />
znajdującym się na końcu tego rozdziału.<br />
Występującą w punkcie 3 wartość 10-ciu obserwacji pola otrzymałam po<br />
wykonaniu serii wykresów przedstawiających ilość <strong>nowych</strong> <strong>gwiazd</strong> na poszczególnych<br />
polach, w funkcji kolejnych obserwacji. Sądziłam, iż wszystkie wykresy będą<br />
przedstawiać funkcje silnie malejące już po drugim, bądź trzecim pomiarze. Udało mi<br />
się zaobserwować kilka takich, teoretycznie poprawnych pól, czego przykładem jest<br />
pole S1736-60 przedstawione na rysunku 4.4. Badając charakterystykę innych pól<br />
natknęłam się również na przypadki zupełnie skrajne, takie jak S0336-45 (również<br />
występujące na rysunku 4.4), gdzie maksymalna liczba zaobserwowanych <strong>gwiazd</strong><br />
<strong>nowych</strong> wystąpiła dopiero przy 10-tym pomiarze i podobny pik wystąpił również po<br />
kolejnych 7-miu pomiarach. Takie przypadki spowodowane są zjawiskami naturalnymi<br />
(np. chmurami), a także technicznymi (problemy w działaniu migawki itp.). Wśród<br />
rozpatrywanych przeze mnie pól większość wykazywała charakterystykę pośrednią:<br />
liczba „<strong>nowych</strong>” <strong>gwiazd</strong> malała po pierwszych obserwacjach, ale nie w sposób<br />
gwałtowny, lecz poprzez oscylacje. Takimi „pośrednimi” polami są między innymi pola<br />
47
S0103-30 i S0000-15 również przedstawione na poniższym rysunku. Po analizie<br />
otrzymanych danych przyjęłam, że 10 obserwacji może w dużym procencie zapewnić<br />
odrzucenie od dalszej analizy <strong>gwiazd</strong> stałych i wyodrębnienie jedynie ciekawych z<br />
punktu mojej pracy przypadków.<br />
Rysunek 4.4 Wykresy przedstawiające liczbę <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> (new_star o wartości true) w funkcji<br />
kolejnych obserwacji pola<br />
Oprócz programu głównego, do_novaevents.pl, przygotowałam dodatkowo<br />
program pomocniczy all_night.pl, wywołujący do_novaevents.pl kolejno dla<br />
kilku nocy – od zadanej granicznej do nocy najnowszej. Jest to bardzo przydatne<br />
podczas wypełniania tabeli „wstecz”, gdy z różnych przyczyn niemożliwe było<br />
wypełnianie jej na bieżąco, po każdej nocy obserwacji.<br />
W tabeli novaevents znajdują się następujące pola:<br />
ne_star<br />
ne_night<br />
ne_id_frm<br />
numer identyfikacyjny <strong>gwiazd</strong>y w bazie scan<br />
noc, podczas której <strong>gwiazd</strong>a zaobserwowana była pierwszy raz<br />
numer klatki, dla której pole new_star dla tej <strong>gwiazd</strong>y miało<br />
wartość true<br />
48
ne_ra<br />
ne_dec<br />
ne_mag<br />
ne_sel_type<br />
ne_nova_k2b<br />
ne_k2b<br />
ne_k2a_count<br />
ne_k2a_obs<br />
ne_k2b_count<br />
ne_k2b_obs<br />
ne_o<strong>the</strong>r_stars<br />
rektascensja<br />
deklinacja<br />
jasność <strong>gwiazd</strong>y<br />
pole opisujące sposób selekcjonowania nowej.<br />
pole to ma wartość true jeżeli tej samej nocy <strong>gwiazd</strong>a została<br />
zaobserwowana jako „nowa” także na drugiej kamerze i false w<br />
innym przypadku<br />
jest to pole informujące, czy <strong>gwiazd</strong>a została w ogóle<br />
zaobserwowana na drugiej kamerze. Możliwe jest, iż danej nocy<br />
kamera k2b nie działała i <strong>gwiazd</strong>a ta, jako „nowa” została<br />
zaobserwowana dopiero podczas kolejnej obserwacji tego pola,<br />
bądź została zaobserwowana już wcześniej. Analogicznie jak dla<br />
pola ne_nova_k2b, pole to ma wartość true jeżeli <strong>gwiazd</strong>a była<br />
obserwowana i false w innym przypadku<br />
liczba pojedynczych klatek, z których została utworzona suma, na<br />
której nastąpiło odnalezienie nowej (dla kamery k2a)<br />
liczba pojedynczych klatek, na których została zaobserwowana<br />
„nowa” (dla kamery k2a)<br />
liczba pojedynczych klatek, z których została utworzona suma, na<br />
której nastąpiło odnalezienie nowej (dla kamery k2b)<br />
liczba pojedynczych klatek, na która nowa została zaobserwowana<br />
(dla kamery k2b)<br />
w tym polu przechowywana jest informacja na temat innych<br />
<strong>gwiazd</strong> znajdujących się w pobliżu nowej, w odległości poniżej<br />
120 sekund kątowych. Pomimo, iż podczas katalogowania <strong>gwiazd</strong>,<br />
każda obserwacja w promieniu 120 sekund daje wkład do<br />
pomiarów jednej <strong>gwiazd</strong>y, to czasem, z różnych przyczyn może się<br />
zdarzyć, że pomiary <strong>gwiazd</strong>y zostaną „rozdzielone” i część z nich<br />
zostanie przypisana nowej gwieździe. Jest to olbrzymia trudność<br />
dla programu analizującego nowe, dlatego zdecydowałam się na<br />
odszukanie w bazie <strong>gwiazd</strong> znajdujących się w promieniu 120<br />
sekund i dołączenie wiadomości o ilości tych <strong>gwiazd</strong> do tabeli<br />
49
novaevents.<br />
ne_field_obs<br />
ne_good_event<br />
ne_comment<br />
ne_evt_link<br />
liczba wcześniej wykonanych obserwacji pola na jakim znaleziono<br />
nową<br />
pole to jest flagą o wartości 1, jeżeli <strong>gwiazd</strong>a ne_star została<br />
uznana przez skrypty przeszukujące jako ciekawy przypadek i<br />
nastąpiła jej dalsza analiza (wykonanie wycinków pola, obejrzenie<br />
krzywej blasku itp.)<br />
pole tekstowe służące do przechowywania opisów i komentarzy na<br />
temat <strong>gwiazd</strong>y<br />
link do strony, na której znajdują się wycinki klatek dla zadanego<br />
pola<br />
Program do_novaevents.pl może zostać uruchomiony w zależności od 4<br />
parametrów, z czego jeden, dotyczący nazwy nocy, jest niezbędny do prawidłowego<br />
wykonania się programu (za wyjątkiem analizy przeprowadzanej dla nocy najnowszej,<br />
dla której noc jest wyliczana automatycznie przez program).<br />
do_novaevents.pl –night –mag –min_obs_fild –<br />
no_measurements_new_star<br />
Wartości parametrów, no_measurements_new_star, min_obs_fild i mag<br />
są ustawione w programie domyślnie i wynoszą odpowiednio:<br />
Mag<br />
Min_obs_fild<br />
no_measurements_new_star<br />
11 magnitudo (minimalna jasność nowej)<br />
3 (minimalna liczba wcześniejszych obserwacji pola)<br />
4 (liczba pomiarów dla <strong>gwiazd</strong>y położonej w<br />
odległości 120 sekund od „nowej”, dla których<br />
<strong>gwiazd</strong>a ta zostaje oznaczona jako oddzielna i zostaje<br />
doliczona do pola ne_o<strong>the</strong>r_star)<br />
Jeżeli tak ustawione parametry uznajemy za prawidłowe, program uzupełniający<br />
tabelę novaevents możemy wywołać tylko za pomocą komendy:<br />
50
lub, dla najnowszej nocy<br />
do_novaevents.pl –night=yyyymmdd<br />
do_novaevents.pl<br />
Program został napisany w taki sposób, aby podczas jego wywołania kolejność<br />
zadanych parametrów nie była istotna. Ważna natomiast jest forma zapisu parametru:<br />
-nazwa_parametru=wartość_parametru<br />
Wszystkie stałe występujące w programie umieszczone są na samym początku<br />
kodu, dzięki czemu łatwiejsza jest jego modyfikacja oraz znacznie wzrasta jego<br />
przejrzystość.<br />
Jedną z wartości domyślnych użytych w programie, lecz nie przystosowaną do<br />
zmiany za pomocą parametru jest –db_save, która posiada domyślną wartość równą 1.<br />
Parametr ten zezwala na modyfikacje tabeli novaevents. Ustawienie jego wartości na<br />
każdą inna liczbę powoduje wykonanie się całego programu bez wpisywania danych do<br />
tabeli. Jest to szczególnie użyteczne podczas przeprowadzania różnego rodzaju testów.<br />
Drugim takim parametrem jest -max_mag_cat, który został wprowadzony do<br />
rozpoznawania <strong>gwiazd</strong> znajdujących się w katalogu. Wartość tą zaimplementowałam<br />
jako parametr, gdyż istnieje możliwość zmiany katalogowania przyszłości. Wtedy, do<br />
dalszego, prawidłowego działania programu do_novaevents.pl będzie<br />
wystarczające podanie nowej wartości.<br />
Ponieważ do tabeli novaevents są wpisywane nie tylko dane pochodzące z bazy<br />
klatek zsumowanych scan, lecz również informacje dotyczące pojedynczych klatek z<br />
bazy scan_single, dlatego program do_novaevents.pl został podzielony na dwie<br />
części. <strong>Pi</strong>erwsza z nich odpowiedzialna jest za wyszukanie „<strong>nowych</strong>” i wszelkich<br />
towarzyszących im informacji dotyczących współrzędnych, jasności, pola itd. Druga<br />
natomiast, po połączeniu z bazą scan_single, analizuje obecność nowej na klatkach<br />
pochodzących z kamer k2a i k2b.<br />
Podczas działania program tworzy plik do_novaevents.out, w którym na<br />
początku wpisuje nazwę nocy i użyte parametry, a następnie listę pól obserwowanych<br />
danej nocy, które spełniają wymogi dotyczące liczby obserwacji. Na końcu wypisywana<br />
jest liczba <strong>gwiazd</strong>, która została dodana do tabeli novaevents.<br />
51
*****<br />
NIGHT: 20050519<br />
DBNAME: scan<br />
DB_SAVE: YES<br />
LOG: do_novaevents.out<br />
MIN_OBS_FIELD: 10<br />
MIN_NO_MEASUREMENTS_STAR: 0<br />
PARM: 0.0333333333333333<br />
MAGNITUDE: 11<br />
SELECT <strong>of</strong>s_field FROM obsfieldstat WHERE <strong>of</strong>s_count>10 and<br />
<strong>of</strong>s_night=20050519<br />
obs_field:<br />
- 1600-60<br />
- 2224-60<br />
- 1642-30<br />
- 1912-60<br />
- 2300+00<br />
SELECT id_frm FROM frame WHERE sobject='S1600-60' and idaynight=20050519<br />
id_frm:<br />
- 5942<br />
SELECT id_frm FROM frame WHERE sobject='S2224-60' and idaynight=20050519<br />
id_frm:<br />
- 5971<br />
SELECT id_frm FROM frame WHERE sobject='S1642-30' and idaynight=20050519<br />
id_frm:<br />
- 6253<br />
SELECT id_frm FROM frame WHERE sobject='S1912-60' and idaynight=20050519<br />
id_frm:<br />
- 6623<br />
SELECT id_frm FROM frame WHERE sobject='S2300+00' and idaynight=20050519<br />
id_frm:<br />
- 6722<br />
INSERT INTO novaevents 718 new stars<br />
Rysunek 4.5 Przykład informacji zawartych w pliku do_novaevents.out dla danych pochodzących<br />
z 15-go maja 2005. Na początku pliku wypisane są użyte podczas <strong>wyszukiwania</strong> parametry, a w dalszej<br />
części znajduje się lista pól obserwowanych dla zadanej nocy oraz numery spełniających zadane kryteria<br />
klatek<br />
52
do_novaevents.pl –night=$night –min_obs_field=$obs_field<br />
–no_measurements_star=$measurements<br />
Połączenie z bazą danych:<br />
$dbh=DBI->connect(”dbi:PG:dbname=$name”,”pidb_user”,””);<br />
Znalezienie ostatnio dodanej nocy w bazie scan:<br />
SELECT max(<strong>of</strong>s_night) FROM obsfieldstat;<br />
Wyszukanie pól obserwowanych danej nocy oraz informacji na temat ilości przeprowadzanych<br />
na tym polu obserwacji:<br />
SELECT <strong>of</strong>s_field, <strong>of</strong>s_count FROM obsfieldstat WHERE<br />
<strong>of</strong>s_count>$min_obs_fiels and <strong>of</strong>s_night=$night<br />
Odnalezienie numerów klatek, jakie zostały wykonane dla odnalezionych pól dla kamery k2a:<br />
SELECT id_frm FROM frame WHERE sobject=’S@fields[$j]’ and<br />
idaynight=$night and icamid=$camera<br />
Na wyselekcjonowanych klatkach następuje poszukiwanie <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> wraz z ich<br />
parametrami takimi jak numer klatki, współrzędne niebieskie, jasność, współrzędne<br />
instrumentalne, nazwa klatki, na jakiej <strong>gwiazd</strong>a została zarejestrowana, numer jej odpowiednika<br />
na drugiej kamerze:<br />
SELECT star, measurements.id_frm, measurements.ra, measurements.dec,<br />
stars.magnitude, measurements.ccdx, measurements.ccdy, spatht<strong>of</strong>ile,<br />
cam2_sstar_id FROM measurements, stars, frame WHERE<br />
measurements.id_frm=@id_frm[$j] and frame.id_frm=measurements.id_frm<br />
and measurements.star=stars.id and new_star=’t’ and<br />
no_measurements>$no_measurements_new_star and stars.magnitude
Odnalezienie nazw klatek, z których złożona była suma dla kamery k2b i analogiczne<br />
przeszukiwanie bazy scan_single w celu znalezienia nowej na pojedynczych klatkach:<br />
SELECT spatht<strong>of</strong>ile FROM frame_avareged WHERE<br />
id_frm=$star_cam2_sstar_id;<br />
SELECT star, ra, dec FROM measurements, frame WHERE<br />
frame.id_frm=measurements.id_frm and abs(ra-(‘@star_ra[$j]’))
4.3 Wyszukiwanie <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> – wykorzystanie analizy „wstecz”<br />
Po wypełnieniu tabeli novaevents danymi <strong>gwiazd</strong> wyodrębnionymi za pomocą<br />
pierwszego z cięć (dla przypomnienia: <strong>gwiazd</strong>a o jasności powyżej 11 magnitudo<br />
zaobserwowana jako „nowa” na polu obserwowanym co najmniej po raz trzeci)<br />
następuje właściwa selekcja <strong>gwiazd</strong> „<strong>nowych</strong>”. W tym celu napisałam program<br />
do_search_new_star.pl, który na podstawie zadanych parametrów przeszukuje tą<br />
tabelę i wyszukuje w niej „nowe”, które spełniają założone przez użytkownika kryteria.<br />
Wywołanie do_search_nova_star.pl:<br />
do_search_new_star.pl -since_night=20050521 -nearly_night_lp=30<br />
-min_obs_star=5 -min_obs_field=10 -min_mag=11 -ne_o<strong>the</strong>r_stars=0<br />
–do_getparts<br />
–link=http://grb.fuw.edu.pl/pi0/user/kkrupska/nove_summ<br />
Ponieważ program analizuje częstotliwość występowania oraz jasności <strong>gwiazd</strong><br />
przez okres co najmniej lp_nearly_night=30 nocy, dlatego podanie w wywołaniu<br />
programu nocy -since_night=20050521 powoduje rozpatrywanie przypadków tych<br />
<strong>gwiazd</strong>, które zostały uznane jako „nowe” w okresie od 20050420 do 20050521. W<br />
swojej pierwszej części działania program, wśród <strong>nowych</strong> dodanych do tabeli<br />
novaevents, selekcjonuje <strong>gwiazd</strong>y o jasności co najmniej min_mag=11, które<br />
znajdują się na polach obserwowanych min_obs_field=10 razy przed<br />
zaobserwowaniem „<strong>nowych</strong>” i posiadają w swoim najbliższym sąsiedztwie (120 sekund<br />
kątowych) co najwyżej ne_o<strong>the</strong>r_stars innych <strong>gwiazd</strong>. W programie parametr<br />
ne_o<strong>the</strong>r_stars ma wartość domyślną równą 0. W kolejnym kroku<br />
do_search_new_star.pl zlicza ilość nocy, podczas których <strong>gwiazd</strong>a ta była<br />
obserwowana. Jeżeli nowa była obserwowana przez min_obs_star=5 dla 30<br />
analizowanych nocy, to przypadek takiej <strong>gwiazd</strong>y zostaje uznany za ciekawy i do pola<br />
ne_good_event wpisywana jest wartość 1, a następnie tworzony jest odpowiedni plik<br />
o nazwie new_night_star_id.txt 25 , w którym zapisywane są wszystkie niezbędne<br />
informacje dotyczące tej <strong>gwiazd</strong>y.<br />
25 Np. new_20050521_64356.txt jest plikiem powstałym dla <strong>gwiazd</strong>y o identyfikatorze 64356,<br />
zaobserwowanej 21-go maja 2005.<br />
55
Wywołanie programu z parametrem do_getparts prowadzi do wykonania serii<br />
wycinków zdjęć uzyskanych przed pojawieniem się „nowej” oraz po jej<br />
zaobserwowaniu. Wycinki te służą do wizualnej analizy <strong>gwiazd</strong>y i są bardzo pomoce<br />
przy określaniu właściwości nowej.<br />
Parametr -link służy do określenia miejsca, do którego będą przekopiowane<br />
wykonane przez program getparts_scan.pl wycinki i z którego będzie możliwe ich<br />
oglądanie.<br />
Oprócz wymiennych wyżej parametrów, na początku programu znajduje się lista<br />
wszystkich stałych używanych podczas działania programu, gdzie najważniejsze to<br />
near_mag i near_dist_mag. Ponieważ w czasie początkowych testów tego programu<br />
duża część wyszukanych „<strong>nowych</strong>” znajdowała się w poświacie innych jasnych <strong>gwiazd</strong><br />
lub sama stanowiła poświatę, dlatego zdecydowałam się na wprowadzenie ograniczenia<br />
mającego na celu wyeliminowanie podobnych sytuacji. W programie umieściłam<br />
dodatkowe, wymienione wyżej dwa parametry, które określają minimalną jasność oraz<br />
odległość od <strong>gwiazd</strong>y znajdującej się przy nowej. Przeglądając otrzymane wyniki<br />
ustaliłam, że „nowe” znajdujące się na klatce w odległości 10 pikseli (10 pikseli<br />
odpowiada neasr_dist_mag=600) od <strong>gwiazd</strong>y o jasności co najmniej 7 magnitudo są<br />
praktycznie nierozróżnialne od poświaty, a co za tym idzie, nieprzydatne do dalszej<br />
analizy. Tak bliska odległość od jasnej <strong>gwiazd</strong>y powodowała, iż nowa nie była<br />
widoczna na tle poświaty dużej <strong>gwiazd</strong>y i niemożliwa była jej obserwacja. Po<br />
zastosowaniu ograniczenia, liczba wyselekcjonowanych <strong>gwiazd</strong> spadła, lecz<br />
równocześnie znacznie wzrosła jakość i możliwości analizy pozostałych „<strong>nowych</strong>”.<br />
Według mnie parametry 7 i 10 są najbardziej optymalne, lecz nie potwierdziłam ich w<br />
mojej pracy wykresami i obliczeniami: wybrałam je na podstawie obejrzenia<br />
kilkudziesięciu klatek, na których współrzędne „nowej” znalazły się w poświacie<br />
<strong>gwiazd</strong>y.<br />
Wybór odpowiednich parametrów programu nie był prosty. Zanim, jako kryterium<br />
wybrałam ilość min_obs_star obserwacji na nearly_night_lp kolejnych nocach,<br />
przeprowadziłam wiele testów nad sposobem <strong>wyszukiwania</strong> <strong>nowych</strong> z bazy danych.<br />
<strong>Pi</strong>erwszym pomysłem było sprawdzanie występowania „<strong>nowych</strong>” na klatkach<br />
pojedynczych. Wprowadziłam bardzo ostre kryteria sprawdzające, czy istnienie<br />
„nowej” na klatce zsumowanej przekłada się na zaobserwowanie jej na co najmniej<br />
dwóch z trzech klatek pojedynczych z danej nocy. Kryterium to musiało być spełnione<br />
56
ównocześnie dla danych z kamery k2a i k2b. Głównym zamierzeniem tego sposobu<br />
selekcji było wykluczenie wszelkiego rodzaju tła w postaci mionów kosmicznych,<br />
satelitów i samolotów, a także zjawisk atmosferycznych, takich jak chmury. Niestety<br />
podczas działania eksperymentu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” nastąpiła awaria kamery k2b. Choć nie<br />
była ona ciągła to jednak nie pozwalała na dokładną analizę tym sposobem, gdyż przy<br />
każdej następnej awarii występującej w przyszłości algorytm wyszukujący byłby<br />
zawodny.<br />
W kolejnym kroku ograniczyłam powyższe kryterium do występowania <strong>gwiazd</strong>y<br />
tylko na pojedynczych klatkach pochodzących z kamery k2a. Równocześnie pominięty<br />
został warunek zarejestrowania nowej na dwóch kamerach jednocześnie. Doprowadziło<br />
to do gwałtownego zwiększenia liczby „<strong>nowych</strong>” znajdowanych przez mój program,<br />
lecz otrzymanie obiekty w większości były szumami, samolotami oraz chmurami.<br />
Po wykonanych próbach znalezienia <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> za pomocą sprawdzania klatek<br />
pojedynczych zrozumiałam, że nie jest to właściwa droga do napisania prawidłowo<br />
działającego algorytmu. W dalszej części skupiłam się wyłącznie na opracowaniu<br />
takiego kryterium, które korzystałoby jedynie z danych otrzymanych z klatek<br />
zsumowanych. Dodatkowo pracowałam nad nim w taki sposób, aby wystarczająca była<br />
rejestracja tylko na jednej kamerze. Ostatecznie zdecydowałam się właśnie na selekcję<br />
„<strong>nowych</strong>” na podstawie ilości obserwacji po jej odkryciu, lecz sama ilość rejestracji i<br />
ilość nocy na jakich prowadzone są poszukiwana także wymagały przeprowadzenia<br />
kilku prób. Początkowo szukałam tylko takich <strong>gwiazd</strong>, które obserwowano jeszcze<br />
pięciokrotnie w kolejnych 14 nocach obserwacji, jednak brak systematyczności w<br />
obserwacji danych pól, a także przerwy spowodowane zmianami atmosferycznymi i<br />
technicznymi bardzo ograniczały ilość wybranych w ten sposób <strong>nowych</strong>. Po<br />
przeanalizowaniu wyników zdecydowałam, że najbardziej optymalne kryterium to<br />
wydłużenie analizowanych nocy do 30 i pozostanie nadal przy 5 rejestracjach w tym<br />
okresie. Program napisałam jednak w taki sposób, aby użytkownik mógł w razie<br />
potrzeby zmienić te parametry bez konieczności zmieniania kodu programu.<br />
Ostatnim wprowadzonym przeze mnie cięciem było odrzucenie <strong>gwiazd</strong><br />
znajdujących się w bliskiej odległości jasnej <strong>gwiazd</strong>y. Początkowo ograniczyłam się<br />
jedynie do negacji tylko tych <strong>gwiazd</strong>, które znajdowały się przy innej, o jasności co<br />
najmniej 5 magnitudo, lecz nadal znajdowałam przypadki „<strong>nowych</strong>” znajdujących się<br />
w poświacie innych <strong>gwiazd</strong>. Ostatecznie zdecydowałam się na obniżenie tego<br />
57
parametru do 7 magnitudo, co ograniczyło prawie do zera występowanie takich<br />
przypadków.<br />
W przypadku, gdy wszystkie zapisane domyślnie parametry odpowiadają selekcji<br />
jaką chcemy przeprowadzić, program wystarczy wywołać za pomocą:<br />
lub<br />
do_search_new_star.pl -since_night=20050521<br />
do_search_new_star.pl -since_night=20050521 -do_getparts<br />
w przypadku, gdy interesuje nas dodatkowe wykonanie wycinków z tych klatek pola, na<br />
których znajduje się nowa. Wywołanie tego programu bez podania wartości<br />
since_night spowoduje automatyczne ustawienie jej dla aktualnej nocy.<br />
Wykonaniem wycinków z klatek zajmuje się program getparts_scan.pl<br />
napisany przez Marcina Sokołowskiego. Do poprawnego uruchomienia programu<br />
getparts_scan.pl potrzebny jest plik scan_nova_events.txt zawierający<br />
informacje dotyczące id <strong>gwiazd</strong>y, nazwy klatki, współrzędnych niebieskich i<br />
instrumentalnych nowej, daty wykonania zdjęcia, a także numeru porządkowego zdjęcia<br />
dla danej nocy. W pliku tym należy umieścić dane dotyczące wszystkich klatek jakie<br />
chcemy poddać obróbce.<br />
5932822 k2a_050227_00152.ast 8.59603054 18.89520698 1359.9 1259.02 20050227<br />
152<br />
5932822 k2b_050227_00152.ast 8.59603054 18.89520698 1359.9 1259.02 20050227<br />
152<br />
5932822 k2a_050227_00151.ast 8.59603054 18.89520698 1359.9 1259.02 20050227<br />
151<br />
5932822 k2b_050227_00151.ast 8.59603054 18.89520698 1359.9 1259.02 20050227<br />
151<br />
5932822 k2a_050227_00150.ast 8.59603054 18.89520698 1359.9 1259.02 20050227<br />
150<br />
5932822 k2b_050227_00150.ast 8.59603054 18.89520698 1359.9 1259.02 20050227<br />
150<br />
5932822 k2a_050120_01845.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050120 1845<br />
5932822 k2b_050120_01845.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050120 1845<br />
5932822 k2a_050120_01844.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050120 1844<br />
5932822 k2b_050120_01844.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050120 1844<br />
5932822 k2a_050120_01843.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050120 1843<br />
5932822 k2b_050120_01843.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050120 1843<br />
5932822 k2a_050116_02029.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050116 2029<br />
58
5932822 k2b_050116_02029.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050116 2029<br />
5932822 k2a_050116_02028.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050116 2028<br />
5932822 k2b_050116_02028.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050116 2028<br />
5932822 k2a_050116_02027.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050116 2027<br />
5932822 k2b_050116_02027.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050116 2027<br />
5932822 k2a_050108_01979.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050108 1979<br />
5932822 k2b_050108_01979.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050108 1979<br />
5932822 k2a_050108_01978.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050108 1978<br />
5932822 k2b_050108_01978.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050108 1978<br />
5932822 k2a_050108_01977.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050108 1977<br />
5932822 k2b_050108_01977.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050108 1977<br />
5932822 k2a_050104_01813.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050104 1813<br />
5932822 k2b_050104_01813.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050104 1813<br />
5932822 k2a_050104_01812.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050104 1812<br />
5932822 k2b_050104_01812.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050104 1812<br />
5932822 k2a_050104_01811.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050104 1811<br />
5932822 k2b_050104_01811.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20050104 1811<br />
5932822 k2b_041223_01967.ast 8.59603054 18.89520698 0 0 20041223 1967<br />
Rysunek 4.6 Przykład danych zapisywanych w pliku scan_nova_list.pl. Jest to fragment pliku<br />
przygotowanego dla <strong>gwiazd</strong>y 5932822. Gwiazda ta została zaobserwowana jako nowa 27-go lutego 2005<br />
roku. Tylko dla danych pochodzących z tej nocy wpisywane są współrzędne instrumentalne z chipu, dla<br />
pozostałych w miejsce współrzędnych ccdx i ccdy wpisywane są wartości 0, a wycinanie klatek odbywa<br />
się na podstawie współrzędnych niebieskich<br />
Za utworzenie takiej listy odpowiedzialny jest program do_nova_list.pl.<br />
Program ten wywoływany jest z nazwą pliku wejściowego i ilością nocy wstecz, które<br />
chcemy porównać na wycinkach. Program napisałam w taki sposób, aby plikiem<br />
wejściowym mógł być plik wynikowy otrzymany dla wyselekcjonowanych <strong>gwiazd</strong>,<br />
utworzony w wyniku pracy programu do_search_new_star.pl. Dodatkowo na<br />
początku kodu programu zdefiniowana jest liczba nocy „w przód”, dla jakich zostaną<br />
wycięte zdjęcia. Domyślnie liczba tych nocy wynosi 8.<br />
Po utworzeniu pliku scan_nova_list.txt w katalogu, w którym się on znajduje<br />
wywoływany jest program getparts_scan.pl. W wyniku jego działania tworzony<br />
jest katalog, w którym oprócz plików informacyjnych znajdują się także dwa pliki html.<br />
Umożliwiają one - po uruchomieniu na stronie www - płynne oglądanie utworzonych<br />
wycinków zarówno na klatkach pochodzących z pojedynczych naświetleń jak i z sum<br />
trzech takich zdjęć.<br />
59
Rysunek 4.7 Strona utworzona podczas działania getparts_scan.pl. Umożliwia ona przeglądanie<br />
kolejnych zdjęć poprzez ich przewijanie, bądź w formie automatycznej jako animacja. Po prawej stronie<br />
umieszczone są klatki pochodzące z kamery k2a, a po lewej z k2b. Kliknięcie na link SIMBAD map,<br />
umieszczony na dole strony, przeniesie nas do mapy tego obszaru znajdującej się w bazie danych<br />
SIMBAD<br />
Rysunek 4.8 Mapa nieba pochodząca z bazy danych SIMBAD ukazująca obszar widoczny na rysunku<br />
4.7 umieszczonym powyżej<br />
60
k2a_20050201_006.jpg k2a_20050227_007.jpg k2a_20050331_013.jpg<br />
Rysunek 4.9 Przykład kilku wycinków utworzonych przez program getparts_scan.pl dla <strong>gwiazd</strong>y<br />
o numerze identyfikacyjnym 5932822. Na pierwszym przedstawionym zdjęciu z 1-go lutego nie widać<br />
jeszcze <strong>gwiazd</strong>y. <strong>Pi</strong>erwsze pojawienie nastąpiło 26 dni później, lecz jasność jej była bardzo niska, w<br />
granicach 11 magnitudo. Z każdym dniem jej jasność zwiększała się (na zdjęciu z 31 marca wynosiła już<br />
9.4 magnitudo), a następnie znów zaczęła spadać. Dzięki tym zdjęciom oraz krzywej blasku można<br />
stwierdzić, że <strong>gwiazd</strong>a ma charakter zmiennej<br />
Chcąc wykonać wycinki klatek dla zadanego numeru <strong>gwiazd</strong>y, nie koniecznie dla<br />
<strong>gwiazd</strong> wyselekcjonowanych przez program do_search_new_star.pl wystarczy<br />
wywołać ten program za pomocą formuły:<br />
do_search_new_star.pl -ne_star=star_from_novaevents<br />
gdzie zmienna star_from_novaevents jest numerem <strong>gwiazd</strong>y przypisanym jej w<br />
bazie danych scan projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>”. Dla takich parametrów nie będzie<br />
przeszukiwał tabeli novaevents w poszukiwaniu <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong>, lecz przeprowadzi<br />
pełną analizę (wyszuka niezbędne informacje i wykona wycinki pól) dla jednej,<br />
zdefiniowanej w wywołaniu <strong>gwiazd</strong>y. Wynikiem działania tego programu jest katalog<br />
novastar_from_novaevents, w którym znajdą się wycinki zdjęć oraz logi<br />
programu.<br />
4.4 Wyszukiwanie <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> – na bieżąco<br />
Aby usprawnić analizę napisałam również dodatkowy program<br />
do_search_current_night.pl, który analizuje na bieżąco, po każdej zakończonej<br />
obserwacji, nowe obiekty zarejestrowane przez kamery. Po skatalogowaniu <strong>gwiazd</strong> i<br />
wstępnej selekcji <strong>nowych</strong>, które zostają wpisane do tabeli novaevents, program<br />
wyszukuje wśród nich takie przypadki, które widoczne są na pojedynczych klatkach.<br />
61
Może zdarzyć się, że podczas wykonywania pojedynczego naświetlania, na jednej z<br />
klatek zostanie zapisany przypadkowy, jasny piksel, bądź na wykonanym zdjęciu<br />
widoczny będzie samolot lub satelita. Niewykluczone jest, że po zsumowaniu trzech<br />
klatek, ten przypadkowy obiekt będzie nadal widoczny, a co za tym idzie, podczas<br />
katalogowania zostanie on potraktowany jako „nowa” <strong>gwiazd</strong>a. W omówionym<br />
wcześniej programie do_search_new_star.pl przypadek taki zostałby odrzucony,<br />
gdyż istnieją bardzo niewielkie szanse na to, że w ciągu kilku następnych obserwacji<br />
pola w dokładnie tym samym miejscu zostanie zauważony podobny obiekt. Podczas<br />
analizy <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> wykonywanej bezpośrednio po zakończeniu obserwacji nie ma<br />
możliwości na sprawdzenie historii danej <strong>gwiazd</strong>y i jej kolejnych wystąpień.<br />
Zdecydowałam się więc na zastosowanie bardzo rygorystycznego kryterium,<br />
wymuszającego zaobserwowanie nowej na wszystkich pojedynczych klatkach, z<br />
których została złożona suma.<br />
Niewiele <strong>gwiazd</strong> w bazie danych spełnia takie kryteria. Spowodowane jest to<br />
warunkami atmosferycznymi (przesuwające się na zdjęciach chmury) oraz skończoną<br />
precyzją detektora i co za tym idzie, jakością zdjęć. Gwiazdy o jasności około 10 – 11<br />
magnitudo są trudno rozpoznawalne na klatkach (na pojedynczych zdjęciach jasność 11<br />
magnitudo jest wartością graniczną obserwacji), co także ma znaczący wpływ na<br />
fluktuacje w ich rejestracji na kilku klatkach.<br />
Gwiazda wyselekcjonowana przez program do_search_current_night.pl<br />
oznaczana jest w bazie poprzez wpisanie wartości 1 do pola ne_sel_type.<br />
Automatycznie zostają dla niej przygotowane wycinki pól z poprzednich nocy w celu<br />
wizualizacji obiektu.<br />
Wywołanie do_search_new_star.pl:<br />
do_search_current_night.pl -night=20050521 -mag=10 -do_getparts<br />
-max_quality<br />
–link=http://grb.fuw.edu.pl/pi0/user/kkrupska/nove_summ<br />
Warunkiem koniecznym do wywołania programu jest określenie nazwy nocy, dla<br />
której ma zostać przygotowana analiza. W przypadku, gdy program<br />
do_search_current_night.pl zostanie wywołany bez tego parametru, cała analiza<br />
zostanie wykonana dla danych pochodzących z aktualnej nocy. Możliwe jest określenie<br />
minimalnej jasności wyszukiwanych <strong>gwiazd</strong>. Uruchomienie programu z opcją -<br />
62
do_getparts prowadzi do automatycznego wygenerowania wycinków pola, na<br />
którym została znaleziona nowa <strong>gwiazd</strong>a, z poprzednich nocy, w celu wizualizacji<br />
pojawienia się nowego obiektu.<br />
Konsekwencją wywołania do_search_current_night.pl bez użycia<br />
parametru -max_quality jest znaczne osłabienie kryterium jakie musi spełniać nowy<br />
obiekt: aby <strong>gwiazd</strong>a została uznana za nową, wystarczy, aby pojawiła się na dwóch z<br />
trzech klatek, z których złożona jest suma. Parametr link określa miejsce docelowe dla<br />
wykonanych wycinków.<br />
Gwiazdy w tabeli novaevents niewyselekcjonowane przez program<br />
do_search_current_night.pl nie są w żaden sposób oznaczane, czy usuwane z<br />
listy <strong>gwiazd</strong> potencjalnie <strong>nowych</strong>. W dalszych krokach analizowane są one przez<br />
program do_search_new_star.pl omówiony w poprzednim rozdziale.<br />
4.5 Wizualizacja wyników<br />
W celu wizualizacji wyników otrzymanych z obu programów selekcjonujących<br />
napisałam skrypt nove.php. Skrypt ten łącząc się z bazą scan, wyświetla na stronie<br />
internetowej dane z tabeli novaevents, które dotyczą przypadków uznanych za<br />
ciekawe, czyli takich, które w polu ne_good_event mają wpisaną wartość większą od<br />
zera. Skrypt nove.php umożliwia szybkie przeglądanie interesujących <strong>gwiazd</strong> bez<br />
potrzeby ręcznego <strong>wyszukiwania</strong> wszystkich informacji w bazie danych. Wszystkie<br />
wyniki przedstawione są w postaci tabeli, w której znajdują się kolejno pola z numerem<br />
<strong>gwiazd</strong>y, nocą pierwszej obserwacji, jej wielkością <strong>gwiazd</strong>ową i zmiennymi<br />
niebieskimi. Dodatkowo wyświetlana jest także liczba wcześniejszych obserwacji pola<br />
przed zarejestrowaniem na nim <strong>gwiazd</strong>y, a wartość pola ne_good_events<br />
pokazywana jest w kolumnie quality (jakość). Przy każdej z <strong>gwiazd</strong> wyświetlane jest<br />
pole komentarza. Jeżeli <strong>gwiazd</strong>a została wyselekcjonowana przez program<br />
do_search_current_night.pl, to w trzeciej od końca kolumnie wyświetli się<br />
napis current night, w innym przypadku, pole to pozostaje puste. Link SUMM,<br />
znajdujący się w przedostatniej kolumnie, pojawia się tylko wtedy, gdy dla <strong>gwiazd</strong>y<br />
podczas poszukiwań zostały wykonane wycinki (opcja –do_getparts). Jeżeli<br />
<strong>gwiazd</strong>a je posiada, to kliknięcie na ten link spowoduje przeniesienie do strony z tymi<br />
wycinkami. Przycisk EDIT, znajdujący się na końcu tabeli, uruchamia drugi ze<br />
skryptów php, nova_details.php, który umożliwia zmianę wartości pola quality,<br />
63
wpisanie komentarza oraz zmianę (bądź podanie) linku do strony, na jakiej znajdują się<br />
wycinki <strong>gwiazd</strong>y.<br />
Stopniowanie pola quality odbywa się w następujący sposób: <strong>gwiazd</strong>y<br />
wyselekcjonowane przez programy do_search_new_star.pl i<br />
do_search_current_night.pl otrzymują wartość podstawową równą 1. Nadanie<br />
polu quality wartości równej 2 oznacza rozpoznanie <strong>gwiazd</strong>y jako <strong>gwiazd</strong>y zmiennej.<br />
Wartość 5 posiadają tylko <strong>gwiazd</strong>y nowe. Pomiędzy wartością 2 i 5 znajduje się miejsce<br />
na oznaczanie innych ciekawych obiektów, takich jak planety czy inne zjawiska<br />
niebieskie o niskiej rozdzielczości czasowej, które mogą zostać zidentyfikowane na<br />
skanach. Wstawienie w miejsce pola quality wartości 0 powoduje odrzucenie<br />
znalezionego przez programy przypadku, a w dalszym kroku – nie wyświetlanie go w<br />
tabeli wyników.<br />
Umieszczona w pierwszej kolumnie nazwa <strong>gwiazd</strong>y jest równocześnie linkiem do<br />
bazy danych projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” i umożliwia obejrzenie krzywej blasku dla danej<br />
<strong>gwiazd</strong>y. Krzywa blasku jest bardzo istotną informacją mówiącą o typie <strong>gwiazd</strong>y,<br />
dlatego zdecydowałam się na umieszczenie jej w tabeli wyników. Dzięki temu nie jest<br />
konieczne dodatkowe wyszukiwanie krzywej w bazie danych projektu i czas<br />
rozpoznania <strong>gwiazd</strong>y znacznie się skraca. Dodatkowo na dole strony, na której<br />
wyświetlana jest krzywa blasku, znajdują się linki do baz danych ASAS, SIMBAD,<br />
Tycho, Gcvs oraz do bazy projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” zawierającej informacje o<br />
obserwacjach nocnych. Kliknięcie na wybrany link powoduje wyszukanie w danej bazie<br />
<strong>gwiazd</strong>, położonych najbliżej <strong>gwiazd</strong>y znajdującej się w tabeli wyników.<br />
64
Rysunek 4.10 Wypełniona tabela Nova list, która jest wynikiem działania skryptu nove.php. Dane<br />
znajdujące się w niej pochodzą z tabeli novaevents<br />
Rysunek 4.11 Przykład wiersza tabeli odpowiadającego jednej odnalezionej „nowej” o identyfikatorze<br />
6742802. Po kliknięciu na id <strong>gwiazd</strong>y otworzone zostanie okno z jej krzywą blasku otrzymaną z danych<br />
znajdujących się w bazie scan. W kolejnej kolumnie znajduje się informacja na temat nocy, podczas<br />
której „nowa” została zaobserwowana po raz pierwszy. Na dalszych pozycjach znajduje się jasność<br />
„nowej”, jej współrzędne niebieskie i ilość wcześniejszych obserwacji pola, na którym została<br />
odnaleziona. W kolumnie quality znajduje się kategoria <strong>gwiazd</strong>y (w tym wypadku jest to <strong>gwiazd</strong>a<br />
zmienna). Dalej umieszczony jest komentarz, pole informujące o sposobie odnalezienia <strong>gwiazd</strong>y (puste<br />
pole oznacza odnalezienie <strong>gwiazd</strong>y za pomocą programu do_search_new_star.pl), link do<br />
utworzonych wycinków oraz przycisk do edycji danych<br />
65
Rysunek 4.12 Formularz umożliwiający edycję danych dotyczących znalezionej <strong>gwiazd</strong>y. Otwiera się on<br />
po kliknięciu na link EDIT znajdujący się w ostatniej kolumnie tabeli Nove list. Tytuł formularza stanowi<br />
identyfikator <strong>gwiazd</strong>y w tabeli scan. Poniżej przedstawione są parametry niepodlegające edycji: nazwa<br />
nocy pierwszej obserwacji, jasność, współrzędne niebieskie i liczba wcześniejszych obserwacji pola.<br />
Zmienić natomiast można współczynnik jakości <strong>gwiazd</strong>y, komentarz i link do strony zawierającej<br />
wycinki pola. Formularz ten napisany jest w języku PHP<br />
66
5. Wyniki<br />
Stworzone przeze mnie oprogramowanie, umożliwiające automatyczne<br />
wyszukiwanie <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> na zdjęciach pochodzących ze skanów wieczornych i<br />
porannych, zostało przetestowane na danych obejmujących okres od 1-go grudnia 2004<br />
do 21-go maja 2005. W tym czasie projekt „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” prowadził obserwacje nieba<br />
w Las Campanas Observatory w Chile. Po 21 maja 2005 roku kamery zostały<br />
przywiezione do Polski w celu ich konserwacji i przeprowadzenia modernizacji.<br />
Jakość otrzymanych zdjęć oraz odpowiednie dobranie parametrów programów<br />
selekcjonujących <strong>gwiazd</strong>y pozwoliło na znalezienie udokumentowanej przez inne<br />
projekty badawcze <strong>gwiazd</strong>y nowej oraz wielu przypadków <strong>gwiazd</strong> <strong>zmiennych</strong>.<br />
Dodatkowo w bazie danych pochodzących ze skanów została zlokalizowana<br />
poruszająca się planeta Neptun.<br />
5.1 Nova V 5115 Sgr<br />
Napisane przeze mnie oprogramowanie ma na celu automatyczne wyszukiwanie<br />
<strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong>. Zjawiska te nie występują często. W najbliżej położonej galaktyce w<br />
stosunku do Drogi Mlecznej, w Galaktyce Andromedy, w ciągu roku obserwuje się 20 –<br />
30 wystąpień <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong>. Analizując położenia tych <strong>gwiazd</strong> zaobserwowano ich<br />
dużą koncentrację w centrum Galaktyki i w kierunku jej płaszczyzny. W rezultacie,<br />
chociaż w całej Galaktyce w ciągu roku może dochodzić do około 80 wybuchów<br />
<strong>nowych</strong>, to obserwowane jest zaledwie kilka procent z nich [23]. Ponieważ kamery „π<br />
<strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” obserwują tylko niewielki obszar nieba (FoV ~ 33ºx33º), a dodatkowo<br />
podczas testów oprogramowania korzystałam z danych, obejmujących jedynie okres<br />
półroczny, prawdopodobieństwo znalezienia jakiejkolwiek nowej było bardzo małe.<br />
Bez obaw można więc określić znalezienie nowej mianem wielkiego sukcesu, na który<br />
złożyły się dwa czynniki: wystąpienie nowej na analizowanym obszarze oraz<br />
prawidłowe działanie napisanej przeze mnie aplikacji.<br />
67
Zdjęcie wykonane 19 marca 2005 roku.<br />
Współrzędne środka tego pola to (18.28264581,<br />
-25.95264992). W centrum zdjęcia nie znajduje<br />
się żadne <strong>gwiazd</strong>a.<br />
Rysunek 5.1 k2a_20050319_001.jpg<br />
Rysunek 5.2 k2a_20050327_002.jpg<br />
Na rys. 5.2 pokazane jest zdjęcie wykonane 27-<br />
go marca podczas obserwacji pola S1900-15. Na<br />
środku zdjęcia można zauważyć <strong>gwiazd</strong>ę, która<br />
nie była widoczna wcześniej. Jej jasność wynosi<br />
9.71997 magnitudo. Współrzędne nowego<br />
obiektu to:<br />
Rektascensja: 18.2830h (18h:16m:59s)<br />
Deklinacja: -25.9466 (-25 o 56'48")<br />
Gwiazda ta po zakończeniu obserwacji i<br />
wykonaniu procedur pipeline, została<br />
skatalogowana jako nowa.<br />
Podczas kolejnych skanów wykonywanych po<br />
27 marca <strong>gwiazd</strong>a była nadal widoczna. Jej<br />
wielkość <strong>gwiazd</strong>owa podczas drugiego pomiaru<br />
wzrosła o 0.02 magnitudo.<br />
Rysunek 5.3 k2a_20050404_003.jpg<br />
68
Po kilku dniach obserwacji jasność <strong>gwiazd</strong>y<br />
zaczęła spadać. 13 dni po jej zaobserwowaniu<br />
wynosiła już 9.80579 magnitudo, dzień później<br />
już tylko 9.9637.<br />
Rysunek 5.4 k2a_20050408_004.jpg<br />
Ostatnia obserwacja nowej miała miejsce 19<br />
kwietnia 2005, czyli po 23 dniach od jej<br />
pierwszego zaobserwowania. Tego dnia miała<br />
ona jasność 10.1482 magnitudo. W ciągu 23 dni<br />
jej obecności na zdjęciach pochodzących ze<br />
skanów, <strong>gwiazd</strong>a ta obserwowana była 7 razy, a<br />
wszystkie te obserwacje przypadały na skan<br />
poranny.<br />
Rysunek 5.5 k2a_20050416_006.jpg<br />
Dużym udogodnieniem przy wyszukiwaniu tej nowej była jej jasność powyżej 10<br />
magnitudo. Taka wielkość <strong>gwiazd</strong>owa pozwala na identyfikację rodzaju <strong>gwiazd</strong>y<br />
zarówno za pomocą danych z krzywej blasku, jak i bezpośrednio na zdjęciach<br />
pochodzących z obserwacji. Gwiazdy ciemniejsze są trudno rozpoznawalne na<br />
wycinkach, przez co ich analiza jest trudniejsza. Dodatkowo <strong>gwiazd</strong>a ta doskonale<br />
spełnia warunki zadane przeze mnie w programie wyszukującym <strong>gwiazd</strong>y nowe na<br />
nocach wstecz, czyli pięciokrotną obserwację w ciągu 30 dni od momentu pierwszej<br />
rejestracji.<br />
69
Rysunek 5.6 Krzywa blasku pochodząca z bazy danych skanów. To właśnie te dane pozwoliły na<br />
sklasyfikowanie <strong>gwiazd</strong>y jako nowej<br />
Rysunek 5.7 Pochodzące z bazy scan dane źródłowe dotyczące nowej, dla których został wykonany<br />
wykres zmiany jasności<br />
<strong>Pi</strong>erwszego odkrycia nowej V 5115 Sgr dokonało niezależnie dwóch Japończyków:<br />
Hideo Nishimura (Kakegawa, Shizuoka-ken, Japan) i Yukio Sakurai (Mito, Ibakakiken,<br />
Japan). <strong>Pi</strong>erwszy z nich zaobserwował <strong>gwiazd</strong>ę wykonując dwa naświetlania<br />
aparatem Pentax 6x7 z obiektywem o ogniskowej f=200 mm i aperturze f/4.0.<br />
Wyznaczona przez niego wielość <strong>gwiazd</strong>owa nowej to 8,7 magnitudo. Yukiro Sakurai<br />
przypisał nowej jasność znacznie niższą, bo 9,1 magnitudo. Posługiwał się on kamerą<br />
CCD z obiektywem firmy Nikon o ogniskowej f=180 mm i aperturze f/2.8. Oba<br />
odkrycia nastąpiły prawie równocześnie dnia 28 marca 2005 (Nishimura -<br />
2005.03.28.779 UT, Samurai - 2005.03.28.796 UT) [27].<br />
70
Rysunek 5.8 Mapa nieba wykonana przez Sebastiana Otero z zaznaczoną pozycją Nowej V 5115 Sgr.<br />
Zdjęcie to znajduje się na stronie autora (http://ar.geocities.com/varsao/index.htm) i polecane jest przez<br />
portal AAVSO<br />
71
5.2 Neptun<br />
Jednym z pierwszych wyników uzyskanych przez program mojego autorstwa było<br />
zlokalizowanie, wśród danych pochodzących ze skanów, Neptuna. Jest to ósma od<br />
Słońca planeta Układu Słonecznego, oddalona o 4500 milionów kilometrów. Neptun<br />
został odkryty w 1846 roku przez Johanna Gallego. Planeta ta porusza się po swojej<br />
orbicie z prędkością 5,43 km/s, a pełny okres obiegu wokół Słońca trwa 164,78 lat [4].<br />
Rysunek 5.9 Neptun na zdjęciu wykonanym przez sondę Voyager 2 (źródło Views <strong>of</strong> <strong>the</strong> Solar<br />
<strong>System</strong> 26 )<br />
Właśnie ten trwający prawie 165 lat obrót sprawił, że Neptun został sklasyfikowany<br />
w procesie katalogowania jako „nowy” obiekt. Jego powolne przemieszczanie się<br />
(około 2º rocznie) sprawiło, że przez prawie miesiąc jego położenie opisywały stałe<br />
współrzędne niebieskie, a w tym czasie kamery projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” wykonały serię<br />
zdjęć pola na jakim się znajdował. Wcześniej Neptun także był widoczny na zdjęciach<br />
pochodzących ze skanów, dzięki czemu możliwy do zaobserwowania jest jego ruch po<br />
orbicie.<br />
<strong>Pi</strong>erwsza obserwacja Neptuna dla współrzędnych niebieskich ra = 21,33061121 i<br />
dec = -15,7105291 nastąpiła 5-go maja 2005 roku. Wyznaczona jasność obiektu<br />
wyniosła 8,13215 27 magnitudo. Pole, na którym znajdował się Neptun, było<br />
fotografowane codziennie w okresie od 5 do 9 oraz 11, 12, 18 i 21 maja (czyli do<br />
ostatniego dnia danych używanych do testowania oprogramowania). W sumie Neptun<br />
26 http://www.solarviews.com/<br />
27 Z danych astronomicznych wynika, że wielkość <strong>gwiazd</strong>owa tej planety nie przekracza 7,6 magnitudo<br />
72
fotografowany był 10-ciokrotnie w przeciągu pół miesiąca, dzięki czemu spełniał<br />
wymagania postawione przeze mnie gwieździe nowej 28 .<br />
Na poniższych zdjęciach przedstawiłam 6 wybranych ze skanów zdjęć, które<br />
pokazują tor orbity Neptuna. Zdjęcia wykonane pomiędzy 5, a 21 maja wskazują na<br />
stałe położenie planety. Właśnie analiza danych pochodzących z tych zdjęć przez<br />
program do_search_new_star.pl wskazała na Neptuna jako na <strong>gwiazd</strong>ę nową.<br />
2005-04-07 2005-04-11 2005-04-15<br />
2005-05-05 2005-05-17 2005-05-21<br />
Rysunek 5.10 Zajęcia ukazujące ruch Neptuna, wykonane przez kamery projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” podczas<br />
skanów wieczornych i porannych<br />
Rysunek 5.11 Krzywa blasku Neptuna pochodząca z bazy danych scan<br />
28 Co najmniej 5 obserwacji w ciągu kolejnych 30 dni.<br />
73
Rysunek 5.12 Pochodzące z bazy scan dane, z których została wygenerowana krzywa blasku Neptuna<br />
5.3 Gwiazdy zmienne<br />
Gwiazdami zmiennymi określa się <strong>gwiazd</strong>y, których jasność w czasie ulega<br />
zmianie. Wahania w wielkości <strong>gwiazd</strong>owej powodowane są głównie zaciemnieniami w<br />
układach podwójnych, wybuchami związanymi z niestabilnością (przykładem są<br />
<strong>gwiazd</strong>y nowe), a także pulsacjami zewnętrznych warstw powierzchni <strong>gwiazd</strong>y.<br />
Gwiazda o jasności poniżej 11 magnitudo, czyli praktycznie nierozróżnialnej przez<br />
detektory kamer „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>”, zwiększająca swoją jasność do poziomu powyżej 11<br />
magnitudo i utrzymująca ją na takim poziomie przez kilka dni, jest przez program<br />
wyszukujący selekcjonowana jako <strong>gwiazd</strong>a nowa (oczywiście tylko przy pierwszej<br />
rejestracji tej <strong>gwiazd</strong>y).<br />
Oba skrypty przygotowane do znajdowania <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> na zdjęciach<br />
pochodzących ze skanów wyselekcjonowały podczas swojej pracy wiele <strong>gwiazd</strong><br />
<strong>zmiennych</strong> o okresie oscylacji od kilku dni do kilku lat. Przypisanie znalezionego<br />
obiektu do klasy <strong>gwiazd</strong> <strong>zmiennych</strong> odbywa się poprzez porównanie go z danymi<br />
znajdującymi się w bazach innych projektów, w szczególności ASAS i SIMBAD.<br />
W czasie przeprowadzania testów znalazłam w sumie 40 <strong>gwiazd</strong> <strong>zmiennych</strong>. Ich<br />
okres zmienności waha się od 2 do 900 dni.<br />
74
Rysunek 5.13 Histogram przedstawiający rozkład zmienności <strong>gwiazd</strong> wyselekcjonowanych przez<br />
programy do_search_new_star.pl oraz do_search_current_night.pl. Wyraźnie można<br />
rozróżnić dwa przedziały, 0-50 dni i 300-350 dni, dla których znaleziona liczba <strong>zmiennych</strong> była<br />
największa<br />
Jak widać na powyższym rysunku, rozkład okresu zmienności znalezionych przeze<br />
mnie <strong>gwiazd</strong> nie jest ciągły. Związane jest to z czasem obserwacji <strong>gwiazd</strong>, które zostały<br />
poddane analizie. Do dyspozycji miałam zdjęcia wykonane w okresie 172 dni, dlatego<br />
istniało mniejsze prawdopodobieństwo zaobserwowania <strong>gwiazd</strong>y o dłuższym okresie<br />
zmienności. Gwiazdy o okresie zmienności 350 dni i krótszym mogły pojawiać się w<br />
polu obserwacji kilkakrotnie, co znacznie zwiększało szanse na zaobserwowanie i<br />
określenie charakterystyki ich zachowania. Program do_search_new_star.pl<br />
wyselekcjonował tylko jedną <strong>gwiazd</strong>ę zmienną o okresie zmienności powyżej 850 dni,<br />
natomiast aż 77% stanowią <strong>gwiazd</strong>y o okresie zmienności poniżej 350 dni.<br />
Na poniższym rysunku znajduje się krzywa jasności <strong>gwiazd</strong>y zmiennej o okresie<br />
2,75692 dni wykonana dla danych pochodzących z bazy danych scan. Jest to <strong>gwiazd</strong>a<br />
o najkrótszym okresie zmienności wyselekcjonowana przez mój program. Gwiazda ta<br />
po raz pierwszy została zarejestrowana kamerami „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” 26 kwietnia 2005 roku.<br />
Tak mała ilość punktów pomiarowych dla tej <strong>gwiazd</strong>y związana jest z małą ilością<br />
obserwacji pola na jakim się ona znajduje (S1648-75).<br />
75
Rysunek 5.14 Krzywa blasku wyselekcjonowanej przez mnie <strong>gwiazd</strong>y 135837-8217.7 o najkrótszym<br />
okresie zmienności (2,75692). Dane, z których została wykreślona powyższa krzywa pochodzą z bazy<br />
scan<br />
Rysunek 5.15 Wycinek krzywej blasku dla tej samej <strong>gwiazd</strong>y pochodzącej z bazy danych projektu<br />
ASAS. Na powyższym rysunku bardzo wyraźnie widać równe oscylacje jasności<br />
Gwiazda zmienna o najdłuższym okresie zmienności znaleziona przez programy<br />
selekcjonujące <strong>gwiazd</strong>y nowe do bazy scan opisywana jest identyfikatorem 094553-<br />
7212.7 lub NSV04626. Jeden pełny okres oscylacji jej jasności wynosi 865 dni,<br />
natomiast amplituda zmian – nieco ponad pół wielkości <strong>gwiazd</strong>owej (0,51 magnitudo).<br />
76
Rysunek 5.16 Krzywa blasku <strong>gwiazd</strong>y zmiennej, znalezionej przez programy wyszukujące <strong>gwiazd</strong>y<br />
nowe, o najdłuższym okresie zmienności (865 dni)<br />
Rysunek 5.17 Gwiazda przedstawiona na rysunku 5.16 Krzywa blasku <strong>gwiazd</strong>y o identyfikatorze<br />
094558-7212.6 pochodząca z bazy danych ASAS<br />
77
Rysunek 5.18 Fragment krzywej blasku <strong>gwiazd</strong>y przedstawionej na rysunku 5.17 pochodzący z bazy<br />
danych projektu ASAS. Na powyższym rysunku znajdują się dwa pełne okresy zmienności tej <strong>gwiazd</strong>y<br />
Gwiazdy zmienne odnalezione przez programy do_search_new_star.pl i<br />
do_search_current_night.pl można podzielić również ze względu na ich<br />
jasność. Najjaśniejsza ze znalezionych <strong>gwiazd</strong> charakteryzowała się wielkością<br />
<strong>gwiazd</strong>owa wynoszącą 7,659 natomiast najciemniejsza: 10,9847 magnitudo.<br />
Rysunek 5.19 Rozkład znalezionych przeze mnie <strong>gwiazd</strong> <strong>zmiennych</strong> w funkcji ich jasności. Maksimum<br />
tego rozkładu przypada na jasność pomiędzy 9,8, a 10 magnitudo<br />
Poniżej przedstawiam kilka przykładów <strong>gwiazd</strong> <strong>zmiennych</strong> znalezionych podczas<br />
testów oprogramowania na danych pochodzących z pierwszej połowy 2005 roku 29 .<br />
29 Należy zwrócić uwagę, że skale czasu dla krzywych blasku pochodzących z danych projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong><br />
<strong>Sky</strong>” i ASAS są różne, a ich zestawienie ma charakter tylko porównawczy.<br />
78
5.3.1 NSV 12190<br />
Gwiazda typu MIRA zaobserwowana po raz pierwszy na skanach 5 maja 2005 roku.<br />
Do tej kategorii <strong>gwiazd</strong> <strong>zmiennych</strong> należą pulsujące <strong>gwiazd</strong>y długookresowe, czerwone<br />
olbrzymy i nadolbrzymy o okresie zmienności od 80 do 1000 dni. Amplituda jasności<br />
wynosi co najmniej 2,5 magnitudo, a czasem może przekraczać nawet 10 wielkości<br />
<strong>gwiazd</strong>owych.<br />
Okres zmienności poniższej <strong>gwiazd</strong>y wynosi prawie 382 dni. Na rysunku 5.21<br />
przedstawiającym krzywą blasku tej <strong>gwiazd</strong>y widać, iż pełny okres zmienności<br />
obejmuje pojedynczy wzrost jasności o 2,5 magnitudo i stopniowy jej spadek.<br />
Rysunek 5.20 Krzywa blasku zmiennej NSV<br />
12190 pochodząca z bazy scan<br />
Rysunek 5.21 Krzywa blasku <strong>gwiazd</strong>y NSV 12190<br />
pochodząca z projektu ASAS<br />
5.3.2 VX Vel<br />
Kolejna <strong>gwiazd</strong>a typu MIRA. Zaobserwowana w bazie scan 1 maja 2005. Okres<br />
zmienności tej <strong>gwiazd</strong>y to 384 dni. Amplituda zmian jasności wynosi 3,66 magnitudo.<br />
Kamery projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” zaobserwowały tą <strong>gwiazd</strong>ę w okresie wzrostu jasności<br />
z 10,5685 magnitudo do jej punktu maksymalnego (9,839 magnitudo). Na rysunku 5.23<br />
umieszczonym po prawej stronie, przedstawiającym krzywą blasku tej <strong>gwiazd</strong>y,<br />
utworzoną z 384 danych pomiarowych zebranych przez projekt ASAS w przeciągu 800<br />
dni widać, iż krzywa ma kształt nieregularny o długim okresie zmienności.<br />
79
Rysunek 5.22 Krzywa blasku VX Vel pochodząca<br />
z bazy scan projketu "π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>"<br />
Rysunek 5.23 VX Vel w bazie danych ASAS<br />
5.3.3 RT Vel<br />
Gwiazda o zmienności 432 dni i amplitudzie jasności wynoszącej 5,5 magnitudo.<br />
Jest to kolejny przykład <strong>gwiazd</strong>y zmiennej typu MIRA. Na krzywej blasku pochodzącej<br />
z bazy scan (rysunek 5.24) widoczny jest obszar wysokiej jasności tej <strong>gwiazd</strong>y<br />
(zarejestrowana maksymalna jasność to 10,36 magnitudo). Pełny przebieg zmian<br />
jasności znajduje się na rysunku 5.25 pochodzącym z bazy danych ASAS, na który<br />
składa się 220 punktów pomiarowych zebranych w ciągu 900 dni obserwacji.<br />
Rysunek 5.24 Zaobserwowana dnia 28 kwietnia<br />
2005 roku <strong>gwiazd</strong>a RT Vel. Krzywa blasku<br />
pochodząca z bazy scan<br />
Rysunek 5.25 Krzywa blasku RT Vel sporządzona<br />
z danych projektu ASAS<br />
80
5.3.4 V0973 Sgr<br />
Gwiazda zaobserwowana kamerami projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” 7 kwietnia 2005 roku.<br />
Okres zmienności wynosi 219,37 dni, a amplituda zmian jasności przekracza 3,7<br />
magnitudo. Jest to kolejna <strong>gwiazd</strong>a typu MIRA. Krzywa blasku pochodząca z bazy<br />
skanów projektu przedstawia samo maksimum jasności tej <strong>gwiazd</strong>y. Na rysunku 5.27<br />
znajdują się dane zebrane przez ASAS w ciągu około 450 dni. W tym czasie kamery<br />
projektu zaobserwowały tą <strong>gwiazd</strong>ę 385 razy. Na rysunku tym widać wyraźnie, że<br />
pełny okres zmienności obejmuje trzy podokresy oscylacji.<br />
Rysunek 5.26 Krzywa blasku zmiennej V0973<br />
Sgr pochodząca z bazy danych scan<br />
Rysunek 5.27 Krzywa blasku tej samej <strong>gwiazd</strong>y<br />
wyznaczona z danych projektu ASAS<br />
5.3.5 SX Vel<br />
Gwiazda typu DECP-FU o okresie zmienności 9,551 dni. Całkowita zmiana<br />
amplitudy nie przekracza 0,72 magnitudo. Ponieważ zmiany jasności są niewielkie, a<br />
całkowity okres zmienności nie przekracza 10 dni, dlatego krzywa złożona z wielu<br />
punktów wydaje się być linią prostą (tak jak to jest pokazane na rysunku 5.29, na<br />
którym znajduje się krzywa blasku tej <strong>gwiazd</strong>y z danych projektu ASAS). Dopiero<br />
dokładana obserwacja pozwala na zaobserwowanie pewnej zgodności w zmianie<br />
jasności w czasie.<br />
81
Rysunek 5.28 Krzywa blasku <strong>gwiazd</strong>y SX Vel o<br />
krótkim okresie zmienności (9,551 dnia). Źródło:<br />
"π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>"<br />
Rysunek 5.29 Krzywa blasku SX Vel<br />
przedstawiona w fazie. Dane pochodzą z<br />
obserwacji ASAS<br />
Większość znalezionych przez program do_search_new_star.pl to zmienne o<br />
amplitudzie zmiany jasności poniżej 1,5 magnitudo. Tylko 7 <strong>gwiazd</strong> zmieniło swoją<br />
jasność o wartość większą niż 4 magnitudo.<br />
Rysunek 5.30 Rozkład amplitud zmienności dla <strong>gwiazd</strong> wyselekcjonowanych przez programy<br />
do_search_new_star.pl i do_search_current_night.pl<br />
5.4 Tło<br />
Do tabeli novaevents za pomocą programu do_novaevents.pl zostało<br />
wpisanych w sumie 114680 obiektów. Z tej ilości program do_search_new_star.pl<br />
wyselekcjonował 555 przypadków <strong>gwiazd</strong> pojawiających się pięciokrotnie w ciągu 30<br />
kolejnych dni. Gwiazdy te, po połączeniu z bazą danych scan, za pomocą skryptu PHP,<br />
zostały umieszczone w tabeli Nove list na stronie internetowej<br />
82
http://grb.fuw.edu.pl/pi0/user/kkrupska. W kolejnym kroku <strong>gwiazd</strong>y te zostały przeze<br />
mnie zidentyfikowane na podstawie ich krzywych blasku.<br />
Wielką trudnością jest określenie charakterystyki <strong>gwiazd</strong>y mając do dyspozycji<br />
tylko kilka jej pomiarów. W tym celu pod krzywą blasku zostały umieszczone linki do<br />
baz projektów ASAS, Gcvs, Tycho i SIMBAD. Dopiero porównanie współrzędnych<br />
niebieskich obiektu i jego jasności z danymi zawartymi w tych bazach umożliwia<br />
dokładną interpretację zachowania znalezionej <strong>gwiazd</strong>y. Niestety nie jest to łatwa<br />
procedura. Często spotykałam się z ciekawym zachowaniem krzywej blasku<br />
pochodzącej z bazy scan, lecz nie znalazłam jej potwierdzenia w innych bazach<br />
danych. W celu zachowania jak największej wiarygodności wyników traktowałam taką<br />
<strong>gwiazd</strong>ę po prostu jako tło.<br />
Dodatkową trudnością przy identyfikacji wyselekcjonowanych przez program<br />
do_search_new_star.pl <strong>gwiazd</strong> jest częsty brak dokładnych informacji w<br />
największej bazie danych <strong>gwiazd</strong> – w bazie SIMBAD. Często jedyną informacją o<br />
gwieździe są jej współrzędne niebieskie bez podania wielkości <strong>gwiazd</strong>owej, a przy<br />
opisie <strong>gwiazd</strong> <strong>zmiennych</strong> nie ma danych dotyczących okresu zmienności. Właśnie na<br />
takie problemy natrafiłam najczęściej podczas analizy <strong>gwiazd</strong> znajdujących się w Nove<br />
list.<br />
Dzięki zamieszczonym w tabeli wycinkom zdjęć pól, na których znajdują się<br />
<strong>gwiazd</strong>y, możliwe jest także odrzucenie przypadków występowania fluktuacji na chipie.<br />
Kilkakrotnie do przypadków tła zakwalifikowałam „<strong>gwiazd</strong>y”, które okazały się być<br />
wyraźnymi, białymi pikselami uporczywie występującymi w tej samej pozycji. Często<br />
przyczyną powstania błędnej informacji o gwieździe było połączenie takich pikseli oraz<br />
występowanie na zdjęciach chmur.<br />
Dodatkowo za przyczynę powstawania tła odpowiedzialne są fluktuacje jasności<br />
<strong>gwiazd</strong> stałych o jasności około 11 magnitudo. Jest to graniczna jasność, z jaką<br />
rozpoznawane są <strong>gwiazd</strong>y na pojedynczych klatkach, co powoduje, że często takie<br />
<strong>gwiazd</strong>y stałe zostają dodane do bazy projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>” dopiero po kilku, a nawet<br />
kilkunastu obserwacjach pola na jakim występują. Prowadzi to do oznaczenia ich jako<br />
<strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> i wpisania do tabeli novaevents, a następnie wyselekcjonowania<br />
przez program do_search_new_star.pl. Właśnie <strong>gwiazd</strong>y stałe stanowią<br />
największy odsetek tła w pierwszych trzech miesiącach analizy.<br />
Wszystkie te sytuacje wpływają na występowanie dużego tła, lecz należy zaznaczyć<br />
w tym miejscu, że nie można w całości określić go jako bezużytecznego. Możliwe jest,<br />
83
że znajduje się w nim jeszcze dużo <strong>gwiazd</strong> <strong>zmiennych</strong>, czy <strong>nowych</strong>, które nie są<br />
zamieszczone w bazach ASAS, Gcvs i Tycho lub nie jest możliwa ich dokładna<br />
identyfikacja w bazie projektu SIMBAD.<br />
Rysunek 5.31 Liczba obiektów zakwalifikowanych do tła dla poszczególnych miesięcy obserwacji<br />
liczba obiektów<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
<strong>gwiazd</strong>y zmienne i nowe<br />
tło<br />
0<br />
grudzień<br />
2004<br />
styczeń<br />
2005<br />
luty<br />
2005<br />
marzec<br />
2005<br />
kwiecień<br />
2005<br />
maj<br />
2005<br />
miesiąc obserwacji<br />
Rysunek 5.32 Udział <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> i <strong>zmiennych</strong> w ogólnej liczbie wyselekcjonowanych przez program<br />
do_search_new_star.pl obiektów.<br />
Tło stanowi 93% wszystkich otrzymanych wyników. Wielkość ta nie jest stała, lecz<br />
znacznie różni się dla poszczególnych miesięcy obserwacji. Dla początkowych dwóch<br />
miesięcy tło stanowiło ponad 90%. W kolejnych miesiącach wartość ta systematycznie<br />
się obniżała.<br />
84
Rysunek 5.33 Procentowy udział tła w otrzymanych z programu do_search_new_star.pl wynikach<br />
Badając amplitudę przyporządkowanych do tła obiektów okazało się, że aż 72% z<br />
nich zmieniało swoją jasność w granicach od 0 do 0,6 magnitudo.<br />
Rysunek 5.34 Histogram przedstawiający rozkład amplitudy zmiany jasności obiektów<br />
zidentyfikowanych jako tło pomiarów<br />
Stosując w programie selekcjonującym nowe dodatkowe cięcie wymagające, aby<br />
amplituda zmiany jasności była większa od 0,6 magnitudo odrzuconych zostało by 42%<br />
<strong>gwiazd</strong> <strong>zmiennych</strong>, w tym także odnaleziona <strong>gwiazd</strong>a nowa i Neptun. Odrzucenie<br />
przypadków z tabeli New list, dla których amplituda jest mniejsza niż 0,45 magnitudo<br />
85
pozwoliłoby na pozostawienie nowej i zmniejszenie udziału tła o 57%. Przy tak<br />
wykonanym cięciu nadal pozostałoby 64% z odnalezionych do tej pory <strong>gwiazd</strong><br />
<strong>zmiennych</strong>.<br />
W celu ustalenia optymalnego parametru, który mógłby posłużyć do efektywnego<br />
odrzucania tła, należy przeprowadzić dalszą analizę dla kolejnych miesięcy obserwacji.<br />
Z każdym miesiącem analizy procentowy udział tła spada gwałtownie (w szóstym<br />
miesiącu tło stanowiły już tylko 3 przypadki z 8 wyselekcjonowanych <strong>gwiazd</strong>) i<br />
możliwe, że ta tendencja utrzyma się. Wcześniejszy, olbrzymi udział tła w<br />
wyselekcjonowanych <strong>gwiazd</strong>ach spowodowany był wpisywaniem do tabeli<br />
novaevents <strong>gwiazd</strong> stałych o jasnościach w granicach 10-11 magnitudo.<br />
Innym sposobem zmniejszenia tła bez ryzyka odrzucenia ciekawych przypadków<br />
jest zaimportowanie do bazy scan informacji na temat <strong>gwiazd</strong> stałych, dzięki czemu,<br />
podczas wypełniania tabeli novaevents nie będą wpisywane takie <strong>gwiazd</strong>y nawet<br />
podczas ich pierwszej obserwacji na zdjęciach pochodzących ze skanów wieczornych i<br />
porannych.<br />
86
Podsumowanie<br />
Podczas mojej pracy zaprojektowałam i wykonałam automatyczny system<br />
<strong>wyszukiwania</strong> <strong>gwiazd</strong> <strong>nowych</strong> z danych pochodzących ze skanów wieczornych i<br />
porannych projektu „π <strong>of</strong> <strong>the</strong> <strong>Sky</strong>”. <strong>System</strong> został przetestowany na danych<br />
obejmujących półroczny okres ciągłych obserwacji.<br />
Analiza otrzymanych danych potwierdziła poprawne działanie oprogramowania.<br />
Programy wyselekcjonowały poprawnie jedną <strong>gwiazd</strong>ę nową SV 5115 Sgr,<br />
przesuwającego się po orbicie Neptuna oraz 37 <strong>gwiazd</strong> <strong>zmiennych</strong>.<br />
<strong>System</strong> działa w pełni automatycznie, jedynie ostateczna selekcja otrzymanych<br />
przypadków wymaga udziału człowieka. Oprogramowanie to zostanie wcielone do<br />
codziennej analizy zdjęć skanów.<br />
87
Bibliografia<br />
[1] J. Bonnelli, A Brief History <strong>of</strong> <strong>the</strong> Discovery <strong>of</strong> Cosmic Gamma-Ray Bursts,<br />
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/htmltest/jbonnell/www/grbhist.html<br />
[2] Govert Schilling, Flash! The hunt for <strong>the</strong> biggest explosions in <strong>the</strong> universe, Cambridge<br />
University Press, 2002<br />
[3] http://www.republika.pl/blyskigamma/<br />
[4] Wikipedia, http://pl.wikipedia.org/<br />
[5] NASA, http://cossc.gsfc.nasa.gov/docs/cgro/<br />
[6] http://www.asdc.asi.it/bepposax/<br />
[7] Stanisław Bajtlik, Hipernowe i Magnetary, Wiedza i Życie, nr 1/1999<br />
[8] Najjaśniejszy błysk gamma, URANIA - Postępy Astronomii, 4/1999<br />
[9] Oficjalna strona eksperymentu ROTSE, http://www.rotse.net/<br />
[10] Gamma-Ray Bursts A BRIEF HISTORY, NASA,<br />
http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/GRB_history.pdf<br />
[11] Oficjalna strona eksperymentu HETE, http://space.mit.edu/HETE/<br />
[12] Agnieszka Janiuk, INTGRAL obserwuje wszechświat, URANIA - Postępy astronomii, nr<br />
3/2004<br />
[13] Lisa R. Johnston, Nowa klasa wybuchów promieniowania gamma o małej jasności, SKY<br />
and telescope, sierpień 2004<br />
[14] Magdalena Siemieniak, SWIFT na tropie rozbłysków gamma, URANIA - Postępy<br />
astronomii, nr 5/2003<br />
[15] Oficjalna strona projektu SWIFT, http://swift.gsfc.nasa.gov<br />
[16] Oficjalna stronie sieci GCN, http://gcn.gsfc.nasa.gov/<br />
[17] B. Paczyński, P. Heansel, Gamma-Ray Bursts from quark stars, Los Alamos Library,<br />
http://xxx.arxiv.org/abs/astro-ph/0502297<br />
[18] http://www.fairchildimaging.com/<br />
[19] G. Wrochna, Sprawozdanie merytoryczne z realizacji projektu badawczego Badanie<br />
błysków optycznych towarzyszących rozbłyskom gamma, listopad 2004<br />
[20] Grant 1 P03B 103 29 złożony 31.1.2005 (T.Wibig), Poszukiwanie koincydencji wielkich<br />
pęków atmosferycznych z błyskami gamma i ich odpowiednikami optycznymi<br />
[21] Sprawozdanie merytoryczne z realizacji projektu badawczego 2 P03B 038 25, Badanie<br />
błysków optycznych towarzyszących rozbłyskom gamma<br />
[22] Główne typy <strong>gwiazd</strong> <strong>zmiennych</strong>, http://www.free.polbox.pl/w/wronkiab/<br />
[23] ORION, Serwis Edukacyjny Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Niezbędnik<br />
astronomiczny, http://orion.pta.edu.pl/astroex/toolkit/<br />
[24] Encyklopedia PWN, http://encyklopedia.pwn.pl<br />
[25] Józef Smak, Gwiazdy nowe, Delta 05/1976<br />
[26] Katarzyna Kwiecińska, <strong>System</strong> wyznaczania jasności <strong>gwiazd</strong> w eksperymencie „π <strong>of</strong> <strong>the</strong><br />
<strong>Sky</strong>” , Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego, Szkoła Nauk Ścisłych, praca<br />
magisterska, 2005<br />
[27] AAVSO ALERT NOTICE 316 (March 30, 2005),<br />
http://www.aavso.org/publications/alerts/alert316.shtml<br />
88
Słownik<br />
astrometria<br />
autoguiding<br />
białe karły<br />
CORBA<br />
DAQ<br />
dark flat<br />
deklinacja<br />
transformacja współrzędnych instrumentalnych x,y pochodzących z<br />
chipu na współrzędne astronomiczne (ra, dec)<br />
formuła samoprowadzenia montażu. Służy ona korekcie prędkości<br />
montażu dzięki danym o jego pozycji otrzymanym z astrometrii<br />
<strong>gwiazd</strong>y o bardzo małych promieniach (~0,01 pr. Słońca), wysyłające<br />
od 100 tys. do 10 tys. razy mniej energii niż Słońce. Temperatura na<br />
powierzchni wynosi około 4000–60000 K. Białe karły są jednym z<br />
końcowych etapów ewolucji <strong>gwiazd</strong> [23]. W białych karłach nie<br />
zachodzą już procesy jądrowe, a jedynym źródłem wysyłanej przez<br />
nie energii jest proces stygnięcia, który może trwać od kilkuset mln do<br />
kilku mld lat. Maksymalna masa, jaką obiekt może osiągnąć wynosi<br />
ok. 1,4 masy Słońca, a po jej przekroczeniu, biały karzeł wybucha<br />
jako supernowa i przeradza się w <strong>gwiazd</strong>ę neutronową. Po kilkuset<br />
miliardach lat temperatura białego karła obniża się do tego stopnia, że<br />
przestaje on być widoczny - staje się czarnym karłem.<br />
Common Object Request Broker Architecture - standard uniwersalnej<br />
architektury służącej do komunikacji obiektów rozproszonych<br />
wprowadzony przez OMG (Object Management Group).<br />
Podstawowym celem jest umożliwienie komunikacji między<br />
odległymi i niekompatybilnymi systemami pracującymi na różnych<br />
platformach sprzętowych i programowych<br />
Data Aquisition <strong>System</strong> - systemem akwizycji danych<br />
ciemna klatka otrzymana poprzez naświetlenie w takich samych<br />
warunkach jak klatka surowa (temperatura, czas ekspozycji), lecz przy<br />
zamkniętej migawce<br />
jednostka układu astronomicznego, określająca położenie ciała w<br />
obydwu układach równikowych: równonocnym i godzinnym,<br />
zdefiniowana jako kąt pomiędzy kierunkiem poprowadzonym od<br />
obserwatora do obiektu, a płaszczyzną równika niebieskiego. Obiekty<br />
położone na północnej półkuli nieba mają deklinację dodatnią (od 0°<br />
89
do 90°), a na południowej ujemną (od 0° do -90°).[4].<br />
flat field<br />
fotometria<br />
FOV<br />
GCN<br />
GRB<br />
<strong>gwiazd</strong>a nowa<br />
katalog<br />
Hipparcosa<br />
katalogowanie<br />
magnitudo<br />
klatka utworzona na podstawie sumy kilku klatek, pozwalająca na<br />
uzyskanie jednorodności w rozkładzie jasności obiektywu<br />
proces polegający na odnalezieniu na otrzymanych klatkach <strong>gwiazd</strong><br />
oraz odczytaniu ich jasności i pozycji (x,y) na chipie<br />
(ang. field <strong>of</strong> view) – pole widzenia<br />
(ang. Gamma Ray Bursts Coordinate Network), koordynacyjna sieć<br />
obserwacji rozbłysków γ, mająca za zadanie rozsyłanie informacji o<br />
współrzędnych zaobserwowanego błysku do wszystkich podłączonych<br />
jednostek, a także wysyłanie raportów sporządzonych przez<br />
obserwatorów naziemnych<br />
(ang. Gamma Ray Burst) wysoko-energetyczne błyski<br />
promieniowania γ pochodzenia pozagalaktycznego o bardzo krótkim<br />
czasie trwania (średnio od 0.01 do 100s)<br />
<strong>gwiazd</strong>a, która na skutek wybuchu gwałtownie zwiększa swoją<br />
jasność (o 7 – 15 magnitudo), a po początkowym, bardzo szybkim<br />
wzroście jasności następuje jej powolny spadek. Gwiazda nowa<br />
należy do układu <strong>gwiazd</strong> podwójnych.<br />
katalog 118218 <strong>gwiazd</strong>, stworzony przez satelitę Hipparcos,<br />
wystrzelonego w roku 1989 roku przez Europejską Agencję<br />
Kosmiczną. Satelita ten miał za zadanie zebrać dane o paralaksach<br />
<strong>gwiazd</strong> (zaczynając od magnitudo 10) oraz dostarczyć dokładne<br />
pomiary odległości kilkudziesięciu tysięcy <strong>gwiazd</strong> (do 1000 lat<br />
świetnych)..<br />
normalizacja jasności aparaturowych wyliczonych w procesie<br />
fotometrii, a następnie przypisanie otrzymanych danych do<br />
poszczególnych pomiarów w plikach astrometrii<br />
jednostka jasności <strong>gwiazd</strong>owej. Jest to jednostka wprowadzona przez<br />
Ptolemeusza ok. 140 r. n.e., ale prawdopodobnie wynaleziona przez<br />
Hipparcha. Jest to skala odwrócona, czyli im jaśniejsza jest <strong>gwiazd</strong>a<br />
tym niższa jej wielkość <strong>gwiazd</strong>owa. Gwiazdy obserwowane gołym<br />
okiem mają jasność poniżej 8 m .<br />
90
Słońce -26 m<br />
Wenus -4 m<br />
Gwiazdy Wielkiego Wozu +2 m<br />
Granica fotografowanych <strong>gwiazd</strong> przez teleskop 40 cm +21 m<br />
montaż<br />
pipeline<br />
redukcja<br />
rektascensja<br />
skan<br />
trygger<br />
UT<br />
ruchoma platforma, na której umieszczone są obiektywy<br />
fotograficzne, pozwalająca na skierowanie obiektywów w dowolny<br />
punkt nieba uwzględniając ruch obrotowy Ziemi<br />
zbiór procedur, którym poddawane są otrzymane zdjęcia nieba:<br />
redukcja, fotometria, astrometria, katalogowanie i wizualizacja<br />
wyników<br />
przygotowanie klatki do dalszych procesów poprzez odjęcie od niej<br />
dark flat’a oraz podzielenie jej przez flat field<br />
jednostka układu astronomicznego, zdefiniowana jako kąt dwuścienny<br />
pomiędzy płaszczyzną południka równonocny wiosennej (rektascensja<br />
równa 0h), a płaszczyzną południka obiektu. Rektascensję nalicza się<br />
w kierunku na wschód, zgodnym z rocznym ruchem Słońca.<br />
Przyjmuje ona wartości z zakresu od 0h do 24h. Współrzędna ta nie<br />
ulega zmianie na skutek ruchu obrotowego Ziemi, jak w przypadku<br />
kąta [4]<br />
proces fotografowania całego nieba (po trzy zdjęcia dla każdego z<br />
dostępnych danej nocy pól)<br />
informacja na temat zaobserwowanego błysku, rozsyłana przez/do<br />
użytkowników sieci GCN<br />
umowny czas słoneczny, obowiązujący dla zerowego południka, od<br />
którego liczymy różnice dla czasów strefowych, i który stanowi<br />
podstawę różnych obliczeń dla czasów lokalnych<br />
91