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夜空中的一千个新物体和现象

休闲的观星者可能会看到星星中的黑色区域,并认为除了空旷的空间外什么都没有。但夜空隐藏着许多肉眼看不见的秘密。

在其任务不到一年的时间里,南加州的天空测量摄像机显示了天空的充足程度。位于圣地亚哥县Palomar天文台的Zwicky瞬态设施已经确定了夜空中的一千多个新物体和现象,包括1,100多个新的超新星和50个近地小行星,以及双星系统和黑色孔。ZTF由加州理工学院运营,是美国国家科学基金会与全球其他九所机构(包括华盛顿大学)之间的公私合作伙伴关系。ZTF合作的六篇最新论文描述了这些发现以及ZTF的数据挖掘,分类和警报系统,。

自1988年3月20日调查开始以来,ZTF调查科学家兼天文学研究助理教授埃里克·贝尔姆(Eric Bellm)是一篇描述ZTF技术系统和主要发现的论文的第一作者。玛丽亚·帕特森(Maria Patterson),一位以前的数据科学家威斯康星大学天文学系的DIRAC研究所是另一篇论文的第一作者,该论文描述了ZTF的警报系统,用于通知科学团队天空中可能存在的新物体或现有物体的重大变化。

“ZTF的任务是识别夜空中的变化,并尽快向这些发现的天文领域发出警报,”Bellm说,他也是DIRAC研究所的研究员。“这六篇论文中报告的结果和规格表明,ZTF已经建立了一条管道来识别新物体,并快速分析和传播有关它们的信息给天文学界。”

贝尔姆补充说,科学团队需要快速警报,以便他们可以在需要时安排其他观测站对各个物体进行后续观测。

ZTF通过数码相机完成其调查目标,该数码相机由16个电荷耦合器件组成,安装在Palomar的48英寸孔径Samuel Oschin望远镜上。来自相机的单个图像覆盖的面积约为月球尺寸的240倍;在一个晚上,ZTF可以拍摄从北半球可见的整个夜空。到目前为止,ZTF相机仅在银河系中成像超过10亿颗恒星。通过将新图像与旧图像进行比较,ZTF可以识别新的物体,例如第一次点亮的超新星,或者改变现有物体,例如亮度增亮的星星。

ZTF为国家科学基金会等公共机构以及私营实体进行调查。根据Bellm的说法,ZTF产生的大量数据需要一种新的数据分析和警报方法。

“ZTF采取的每一张图片都至少有一次调查,”Bellm说。“我们需要建立一个自动警报系统,以便近乎实时地通知相关调查小组 - ZTF将发现的每个潜在变化或新对象,单个可能超过一百万个晚。”Patterson,Bellm和其他威斯康星大学的科学家 - 包括天文学副教授和eScience Institute的高级数据研究员Mario Juric--领导了ZTF内部制定自动警报系统的工作。他们使用了两种开源技术:Kafka,一种实时数据流平台,以及Avro,一种用于序列化传输和存储数据的框架。完成的警报系统于2018年6月首次部署,已成功生成并分发至多1个。

“通过这些警报系统,ZTF正在与我们的调查合作伙伴分享它所发现的每一项变化,”Bellm说。“他们正在接收所有数据。”

反过来,调查合作伙伴正在尝试使用机器学习分类系统和其他分析工具来对警报进行分类。Bellm说,ZTF的警报系统是未来“自动化,时域天文学”任务的试验场,例如大型天气测量望远镜。LSST预计将于2022年开始进行天空调查,每晚应产生约1000万次警报,约为ZTF最大警戒量的10倍。但根据Bellm的说法,ZTF警报系统可以构成LSST扩大警报管道的基础。

“我们对ZTF任务为我们提供的机会感到非常满意,”Bellm说。“令人欣慰的是,我们现在掌握的工具不仅对ZTF正在进行的调查很有用,而且对LSST等未来的任务也很有用。”

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