Projekti / Programi
Razkrivanje širjenja vesolja z močno lečenimi supernovami
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.03 |
Naravoslovje |
Fizika |
Astronomija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P007 |
Naravoslovno-matematične vede |
Astronomija |
Kozmološki parametri, Hubblova konstanta, jate galaksij, močna lečenje, supernove
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
51012 |
dr. Tanja Petrushevska |
Fizika |
Vodja |
2019 - 2022 |
142 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
1540 |
Univerza v Novi Gorici |
Nova Gorica |
5920884000 |
14.060 |
Povzetek
Hubblova konstanta (H0) predstavlja osnovni kozmološki parameter, s katerim lahko definiramo najpomembnejše lastnosti vesolja: njegovo velikost, starost, hitrost širjenja in kritično gostoto. Natančna določitev H0 je v zadnjih devetdesetih letih postala pomembna naloga raziskovalcev na področjih opazovalne kozmologije in astrofizike. V zadnjih letih so se pojavila velika razhajanja med vrednostjo Hubblove konstante, ki jo določimo z velikostnimi redi v zgodnjem vesolju, in med vrednostjo, ki jo določimo na podlagi lokalnih razdalj. Za rešitev neskladja so ključni rezultati dodatnih, neodvisnih in zelo natančnih tehnik, ki se meritve H0 lotevajo z drugačnim pristopom kot dosedanje metode.
Veliki sinoptični pregledovalni teleskop (Large Synotpic Survey Telescope, LSST), ki je trenutno v gradnji v Čilu, bo s svojim desetletnim delovanjem pričel predvidoma januarja 2022. Premer zrcala teleskopa LSST bo 8,4 m, cilj projekta pa je neprekinjeno pregledovanje neba, s čimer bo med drugim iskal eksplozivne tranzientne astrofizikalne pojave. Eden izmed glavnih znanstvenih ciljev teleskopa LSST je natančno določiti lastnosti in vrednosti kozmoloških parametrov. Naša raziskovalna skupina na Univerzi v Novi Gorici je članica kolaboracije LSST. Članstvo nam omogoča poln dostop do vseh pripravljalnih stadijev projekta, kot so npr. podatki simuliranih opazovalnih strategij in simulirani katalogi objektov. Ko bo LSST pričel z obratovanjem, bomo imeli poln dostop do pridobljenih posnetkov in katalogov.
Cilj predlaganega projekta je sestavljen iz dveh delov: prvi je pridobiti neodvisen način za meritev Hubblove konstante s podatki teleskopa LSST. Cilj nameravamo doseči z uporabo močno lečenih supernov, kjer je leča jata galaksij, in sicer z meritvijo časovnih razmikov med nastalimi večkratnimi slikami supernov. Drugi cilj projekta je raziskati vpliv šibkega lečenja na raziskovanje kozmologije s supernovami, ki bo prav tako eden izmed ciljev projekta LSST. Vse programske kode in rezultati, ki jih bomo pridobili v sklopu projekta, bodo testirani na simuliranih podatkih teleskopa LSST, ko bo teleskop pričel z opazovanji, pa še na pravih podatkih. S predlaganim projektom nameravamo pomembno prispevati h kozmološkim raziskavam znotraj kolaboracije LSST in k celotnemu uspehu teleskopa, ki bo eden izmed pomembnejših astrofizikalnih projektov v naslednjem desetletju.
Pomen za razvoj znanosti
V kratkem času trajanja projekta bomo še pred začetkom obratovanja teleskopov LSST in JWST napovedali pogostost in lastnosti močno lečenih supernov. Naši rezultati bodo pripomogli k odkrivanju močno lečenih supernov v smeri masivnih jat galaksij, ki jih bo opazoval LSST. S prejšnjimi raziskavami iskanja jat galaksij in opazovanjem dogodka iPTF16geu smo pokazali, da lahko z opazovanjem močno lečenih supernov odpremo novo okno v raziskavah kozmologije in astrofi- zike. Določili bomo najboljše metode za prepoznavo močno lečenih supernove iz velikega vzorca tranzientov, ki jih bo LSST opazoval vsako noč, ter raziskali kakšna bi bila najbolj optimalna opazovalna strategija za opazovanje močno lečenih supernov.
Poleg podatkov teleskopa LSST bomo raziskali, kakšna bo potreba po dodatnih spektroskopskih in visoko-resolucijskih fotometričnih opazovanjih za zagotovitev natančnih meritev časovnih zamikov in velikosti leče. Pričakujemo, da bodo meritve časovnih zamikov samo s teleskopom LSST močno izboljšala dodatna opazovanja z drugimi instrumenti. Zato bomo raziskali sinergijo z že obstoječimi in bodočimi instrumenti, kot je JWST, v tem primeru na podlagi simulacij.
Dolgoročno bo predlagani projekt neposredno pripomogel k reševanju nedavnega neskladja v meritvah hitrosti širjenja vesolja. Velik vzorec močno lečenih super- nov, zlasti supernov tipa Ia, bo pomemben vir za kozmološke raziskave. Poleg tega supernove tipa Ia, ki so standardni svetilniki, dodatno omejujejo masno porazdeli- tev znotraj leče, v kateri se skrivajo pomembni podatki povezani z nastankom in razvojem galaksij. Lastnost standardnih svetilnikov omogoča neposredno ocenitev povečevalnega faktorja zaradi leče, neodvisno od kakršnegakoli modela, ki opisuje jato galaksij (lečo). S tem se lahko znebimo pomembnih degeneracij v meritvah gravitacijskega lečenja (Oguri & Kawano 2003).
Povečava, ki jo povzroči lečenje prek jate galaksij, povečuje možnosti za opazovanje supernove do razdalj, pri katerih drugače supernov ne bi morali opazovati. To nam omogoča raziskave njihovih lastnosti in možnega razvoja s kozmološkim premikom (Petrushevska et al. 2017). Poleg tega lahko odkritja zelo oddaljenih supernov uporabimo za določitev pogostosti supernov pri velikih rdečih premikih, lastnosti, ki je trenutno slabo izmerjena (Petrushevska et al. 2016).
Merjenje kozmoloških parametrov iz podatkov o supernovi Ia je ena izmed prednostnih nalog LSST. Učinek šibkega lečenja dodaja dodatno negotovost pri uporabi supernov Ia kot kozmoloških standardnih sveč pri visokem rdečem premiku. V prejšnjih delih drugih avtorjev so bili podobni poskusi, da bi ocenili učinke gravitacijskega lečenja na kozmologijo supernove. Vendar to še ni bilo ocenjeno za določen nabor podatkov o simuliranih supernovih LSST, ki se bo razširil na visok rdeči premik.
S temi cilji želimo prispevati k nalogam kozmologije DESC in splošnemu uspehu LSST, ki bo vodilno teleskopsko raziskovanje v naslednjem desetletju.
Pomen za razvoj Slovenije
In the short term of the duration of the project, we will provide forecasts of strongly lensed supernova yields and properties before the advent of LSST and JWST. Therefore, our results will show the prospects of detecting strongly lensed supernovae in the massive galaxy clusters fields in LSST data. Motivated by our previous experience with cluster searches and iPTF16geu, we are opening a new window to study cosmology and astrophysics with strongly-lensed supernovae. We will investigate the LSST optimal observing strategy for strongly lensed supernovae in reference to the LSST white paper call. We will also determine the methods to filter out strongly lensed supernovae from the avalanche of LSST transient data alerts. Beyond the LSST survey data, we will explore the need both spectroscopic and high resolution imaging data to enable high precision time delay distance and compound lens distance ratio measurements. We anticipate that using only the LSST for time-delay cosmography will strongly benefit from follow-up observations from other instruments. Therefore, we will explore synergies with existing and upcoming facilities as the JWST, so simulation work to prepare for these proposals will be also needed.
In the long term, the planned research that we are proposing here will directly contribute to solving recent discrepancy of how fast the Universe is expanding. A sample of strongly lensed supernovae, especially supernovae Ia, will be a powerful resource for cosmological studies. Furthermore, the standard-candle nature of supernovae Ia also provides extra constraining power on the mass distribution of the lens cluster, which holds important clues to galaxy formation and evolution. The standard candle property allows the flux magnification to be estimated directly, independent of any model related to the lensing cluster. This removes important degeneracies in gravitational lensing measurements, the mass-sheet degeneracy and the source-plane degeneracy. The magnification boost provided by the cluster lenses enhances the possibility of observing supernovae at unprecedented distances, that otherwise would be undetectable. This enables to study their properties and their possible evolution over redshift. Furthermore, discoveries of distant supernovae can be used to pinpoint the supernova rates at very high distances where they are poorly measured.
Measuring cosmological parameters from the supernovae Ia data is one of the priority of the LSST. The effect of weak lensing adds an additional uncertainty to using supernovae Ia as cosmological standard candles at high redshift. In previous works by other authors, similar attempts have been made to estimate the gravitational lensing effects on supernova cosmology. However, this has never been estimated for the specific LSST simulated supernova dataset which will extend to high redshift.
With these objectives, we plan to contribute to the DESC cosmology tasks and the overall success of LSST, which will be the leading telescope survey in the next decade.
