Euclid: An automated system to match Rubin transient alerts to Euclid observations

Resumen Técnico: Sistema Automatizado para la Correspondencia de Alertas de Rubin con Observaciones de Euclid

1. El Problema

La astronomía de transitorios (como supernovas) requiere observaciones en múltiples longitudes de onda (óptico y cercano al infrarrojo) para comprender sus mecanismos de energía, progenitores y entornos.

• El Desafío de Datos: El Observatorio Vera C. Rubin (LSST) generará aproximadamente 10 millones de alertas de transitorios por noche. El telescopio espacial Euclid realizará un sondeo de gran campo en el visible y el infrarrojo cercano (NIR), pero con una cadencia diferente y una resolución superior.
• La Necesidad: Existe una sinergia crítica entre ambos observatorios. Sin embargo, la cantidad masiva de alertas de Rubin hace imposible la correspondencia manual con las observaciones de Euclid. Se necesita un sistema automatizado para:
  • Cruzar alertas de Rubin con observaciones de Euclid (espacial y temporalmente).
  • Generar productos de datos derivados conjuntos (DDP), como curvas de luz combinadas y recortes de imágenes.
  • Identificar transitorios detectados por Euclid antes que por el suelo (o viceversa) y asociar transitorios "huérfanos" (sin galaxia anfitriona conocida) con sus hosts.

2. Metodología

Los autores presentan un sistema prototipo que automatiza la vinculación de alertas de Rubin (simuladas mediante alertas del Zwicky Transient Facility - ZTF, procesadas por el broker Lasair) con los datos de Euclid.

• Estrategia de Correspondencia:

  • Cruce Espacial: Se busca superposición espacial entre la alerta y las observaciones de Euclid dentro de un radio de 30 arcosegundos.
  • Cruce Temporal: Se define una coincidencia temporal de ±60 días respecto a la fecha de la alerta. Esto permite capturar observaciones previas (útiles para restringir el tiempo de explosión) y posteriores.
  • Filtrado: Se utilizan filtros de Kafka en Lasair para seleccionar alertas relevantes (excluyendo estrellas variables, AGN, etc.) y limitar la carga computacional.

• Arquitectura del Sistema:

  • Backend: Se ejecuta cada 6 horas en el centro de computación NERSC (sistema Spin). Utiliza consultas ADQL/TAP sobre la base de datos "On The Fly" (OTF) de Euclid para encontrar pilas de imágenes (Level 2 Stacked Images - LE2) que coincidan.
  • Fotometría:
    • Inicialmente se implementó una fotometría de apertura forzada (naïve), pero se demostró que sufría de contaminación por la luz de la galaxia anfitriona.
    • Se implementó una fotometría forzada de PSF (Función de Dispersión de Punto) utilizando modelos de PSF proporcionados por Euclid y la librería photutils. Esto permite mediciones más robustas y la estimación de límites superiores fiables.
  • Frontend: Una interfaz web basada en Django que muestra tablas de alertas coincidentes, recortes de imágenes interactivos (usando JS9 y Aladin Lite) y curvas de luz conjuntas.

• Flujo de Trabajo:

  1. Ingesta de alertas de Lasair.
  2. Búsqueda de superposición espacial en el archivo de Euclid.
  3. Verificación de coincidencia temporal (±60 días).
  4. Descarga de recortes de imágenes (cutouts) y cálculo de fotometría.
  5. Generación de curvas de luz combinadas (Rubin + Euclid).
  6. Publicación en la interfaz web para revisión humana.

3. Contribuciones Clave

• Sistema Automatizado de DDP: Desarrollo de un pipeline funcional para crear Productos de Datos Derivados (DDP) conjuntos Rubin-Euclid, específicamente para el caso donde la alerta proviene de Rubin.
• Mejora Fotométrica: Demostración de que la fotometría de PSF forzada es superior a la de apertura en entornos de galaxias anfitrionas, permitiendo detectar transitorios en observaciones previas a la explosión donde la señal es débil.
• Interfaz de Usuario Unificada: Creación de una plataforma web que integra datos de múltiples fuentes (ZTF/Rubin, Euclid VIS/NISP, Legacy Survey) en una sola vista, facilitando la inspección visual y el análisis.
• Validación con Casos Reales: El sistema fue probado con datos reales de Euclid (Q1) y ZTF, demostrando su capacidad operativa antes de la llegada de Rubin.

4. Resultados

El sistema fue probado entre julio y diciembre de 2024, procesando aproximadamente 13.000 alertas de Lasair. Se identificaron tres categorías de resultados:

1. Transitorios Detectados por Euclid (Antes o Después):

   • Caso SN 2024pvw (ZTF24aawshuy): Euclid observó el lugar 3 días antes de la detección en tierra. El sistema permitió restringir el tiempo de explosión y obtener fotometría NIR temprana. La fotometría de PSF recuperó magnitudes fiables ($I_E \approx 20.7$), mientras que la de apertura falló debido a la contaminación del fondo.
   • Caso AT 2024pcm (ZTF24aauueye): Euclid observó antes de la detección. El sistema logró mediciones en las 4 bandas de Euclid ($I, Y, J, H$), superando trabajos manuales previos que solo lograron una banda.

2. Transitorios No Detectados (Límites Superiores):

   • En muchos casos, Euclid no detectó el transitorio (porque aún no había explotado o era demasiado tenue). Sin embargo, el sistema proporcionó límites superiores profundos que ayudan a restringir la fecha de detonación y la luminosidad intrínseca.

3. Asociación de Galaxias Anfitrionas:

   • Caso ZTF24abxmfgs: Un transitorio clasificado como "huérfano" por Lasair. Las observaciones de Euclid revelaron una galaxia tenue cercana, permitiendo asociar el transitorio a una anfitriona y estudiar sus propiedades morfológicas, algo imposible con la resolución de ZTF/Legacy Survey.

5. Significancia e Impacto Futuro

• Preparación para Rubin: Este sistema sirve como un "camino de prueba" (pathfinder) para la era de Rubin, demostrando que es posible manejar el volumen de datos y generar productos científicos valiosos automáticamente.
• Ciencia de Transitorios: Permite:
  • Restricción de tiempos de explosión: Crucial para entender la física de las supernovas.
  • Estudio de progenitores: Observaciones tempranas en NIR ayudan a entender el entorno de las estrellas progenitoras.
  • Cosmología: Mejora la clasificación de supernovas Tipo Ia y la corrección de distancias al identificar correctamente las propiedades de la galaxia anfitriona.
• Escalabilidad: Aunque el prototipo usa ZTF, la arquitectura está diseñada para escalar a los 10 millones de alertas nocturnas de Rubin (previsto para 2026), con planes de integración de la tubería de detección de transitorios de Euclid para manejar observaciones multiepoca y restas de imágenes.

En conclusión, el trabajo establece la infraestructura técnica y científica necesaria para explotar la sinergia entre el sondeo de gran volumen de Rubin y la alta resolución/espectroscopía de Euclid, maximizando el retorno científico de ambos telescopios en el estudio de la materia oscura, energía oscura y la física de transitorios.