ATLAS100 -- I. A volume-limited sample of supernovae and related transients within 100 Mpc

Este artículo presenta ATLAS100, un catálogo completo y volumen-limite de 1729 supernovas y transitorios explosivos dentro de los 100 Mpc observados por la encuesta ATLAS entre 2017 y 2023, que incluye fotometría procesada, clasificaciones espectroscópicas mejoradas y análisis demográfico de la muestra.

Lo esencial

Imagina que el universo es un océano gigante y oscuro. Durante décadas, los astrónomos han estado lanzando redes para atrapar "peces" brillantes (como supernovas) que pasan cerca de la superficie, pero a menudo se les escapan los peces pequeños, los que están muy lejos o los que se mueven demasiado rápido.

Este artículo presenta ATLAS100, que es como un inventario gigante y muy ordenado de "peces" cósmicos que han sido atrapados en un vecindario específico del universo: todo lo que está a menos de 100 millones de años luz de la Tierra.

Aquí tienes la explicación sencilla, con algunas analogías para que sea más fácil de entender:

1. ¿Qué es el proyecto ATLAS?

Piensa en ATLAS como un sistema de cámaras de seguridad de todo el cielo. No es un telescopio que mira fijamente a una sola estrella; es como tener 4 cámaras (dos en Hawái y dos en Chile/Sudáfrica) que escanean todo el cielo cada noche, buscando cualquier cosa que se encienda o se apague. Su misión original era encontrar asteroides peligrosos que pudieran chocar con la Tierra, pero mientras hacían eso, ¡se encontraron con miles de explosiones de estrellas!

2. El "Vecindario" de 100 Mpc (ATLAS100)

Los autores decidieron hacer un censo (un conteo de población) muy estricto. En lugar de mirar todo el universo, se centraron en un radio de 100 millones de años luz alrededor de nosotros.

• La analogía: Imagina que quieres estudiar a todos los árboles de un bosque. Podrías mirar desde un avión y ver solo los árboles gigantes (las estrellas muy brillantes y lejanas), pero te perderías los arbustos pequeños. ATLAS100 es como bajar al suelo y contar cada árbol dentro de un círculo de 100 km de radio.
• El resultado: Contaron 1,729 explosiones (transitorios) en 5.75 años. De estas, el 40% las descubrió ATLAS por primera vez, y el 60% las descubrieron otros, pero ATLAS las vio también y las confirmó.

3. ¿Qué encontraron en este vecindario?

Dentro de este catálogo, hay una gran variedad de "explosiones":

• Las supernovas normales (SNe II y Ia): Son como las "manzanas" del universo. Son las más comunes (el 71% de todo). Las II son estrellas que explotan y tienen hidrógeno; las Ia son estrellas enanas blancas que estallan como bombas termonucleares.
• Los "peces raros" (Gap Transients): Hay un grupo de explosiones que no son ni muy brillantes ni muy tenues, ni muy rápidas ni muy lentas. Son como los "huevos de Pascua" cósmicos. Incluyen cosas como:
  • Kilonovas: El choque de dos estrellas de neutrones (como la que hizo el oro en el universo).
  • TDEs (Eventos de Disrupción de Marea): Cuando una estrella se acerca demasiado a un agujero negro y este la "devora" (como una serpiente tragando un elefante).
  • LRNe e ILRTs: Estrellas que tienen "berrinches" gigantes pero no mueren, o mueren de forma extraña.

4. El trabajo de "Limpieza" (Vetting)

Recopilar 1,729 objetos no fue fácil. Hubo que hacer una limpieza de garaje muy estricta para asegurarse de que todo lo que estaba en la lista fuera real.

• El problema: A veces, una estrella de nuestra propia galaxia (como una variable) parece una explosión lejana. O a veces, una explosión muy lejana se ve justo encima de una galaxia cercana y parece que pertenece a ella.
• La solución: Los científicos usaron un software llamado "Sherlock" (como un detective) que compara la explosión con mapas de galaxias conocidas. Si la explosión estaba muy lejos de su "casa" (la galaxia) o si la luz no coincidía, la tiraron fuera.
• Resultado: El catálogo es muy puro. Si una explosión está en la lista, es casi 100% seguro que es real y está en ese vecindario cercano.

5. ¿Por qué es importante este catálogo?

Antes, los astrónomos tenían que mirar a lo lejos para ver muchas explosiones, pero eso era como intentar leer un libro desde 10 metros de distancia: solo veías las letras grandes (las estrellas muy brillantes).

• La ventaja de ATLAS100: Al mirar tan cerca, pueden ver hasta las estrellas más débiles y pequeñas que explotan.
• El objetivo final: Con esta lista completa, los científicos pueden calcular con precisión cuántas estrellas explotan en el universo cada día. Es como pasar de adivinar cuántos coches hay en una ciudad a tener un registro exacto de cada matrícula. Esto ayuda a entender cómo nacen y mueren las estrellas, y a medir la expansión del universo con más precisión.

En resumen

Este papel es como entregar el mapa del tesoro de las explosiones estelares más cercanas a la Tierra. Han limpiado, organizado y medido 1,729 eventos, desde las explosiones gigantes hasta las más tímidas, para que cualquier científico en el mundo pueda usar estos datos para entender mejor la vida y la muerte de las estrellas. ¡Es la base para una nueva era de descubrimientos!

Resumen técnico

Aquí presento un resumen técnico detallado del artículo "ATLAS100 – I. A volume-limited sample of supernovae and related transients within 100 Mpc", estructurado según los aspectos solicitados.

1. Planteamiento del Problema

El estudio de las supernovas (SNe) y otros fenómenos transitorios extragalácticos ha sido revolucionado por las encuestas robóticas de gran campo. Sin embargo, muchos estudios anteriores se basan en muestras limitadas por magnitud, lo que introduce sesgos de selección (detectando preferentemente objetos intrínsecamente más brillantes o más cercanos). Para comprender la demografía, las tasas volumétricas y los mecanismos físicos de las explosiones estelares, es necesario contar con muestras limitadas por volumen (donde se detecta todo lo que ocurre dentro de una distancia fija, independientemente de su brillo, hasta cierto umbral).

El problema central abordado en este trabajo es la falta de un catálogo completo, limpio y homogéneo de transitorios en el universo local (z ≤ 0.025, o D ≲ 100 Mpc) que permita:

• Comparar directamente las observaciones con modelos de evolución estelar.
• Medir tasas de supernovas sin sesgos de host galaxy (galaxia anfitriona).
• Caracterizar transitorios de baja luminosidad y evolución rápida que a menudo se pierden en encuestas de mayor distancia.

2. Metodología

Los autores presentan ATLAS100, una muestra de transitorios observada por el sistema ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System) entre el 21 de septiembre de 2017 y el 21 de junio de 2023 (5.75 años).

• Definición de la Muestra:

  • Límite de distancia: Se seleccionaron transitorios dentro de un radio de 100 Mpc (correspondiente a un corrimiento al rojo $z \le 0.025$ asumiendo $H_0 = 70$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$).
  • Criterios de Selección: Se cruzaron los candidatos detectados por ATLAS con catálogos de galaxias (utilizando el paquete sherlock que consulta bases de datos como NED, LASr, Gaia, SDSS, etc.).
  • Radio de Asociación: Se asumió un radio proyectado de 50 kpc alrededor de la galaxia anfitriona para asociar el transitorio.
  • Transitorios sin redshift de anfitrión: Se incluyeron transitorios con clasificación espectroscópica que indicara $z \le 0.025$, incluso si la redshift de la galaxia anfitriona no estaba disponible en catálogos previos.

• Proceso de Depuración (Vetting):

  • Se realizó una inspección manual rigurosa para eliminar contaminantes:
    • Novas y Candidatos a Novas: Excluidas (limitado a SNe y transitorios extragalácticos).
    • Variables Cataclísmicas (CVs): Identificadas por su color azul, tiempos de subida cortos y coincidencia con fuentes estelares en primer plano.
    • SNe de Fondo: Se descartaron objetos que, aunque aparecían cerca de una galaxia local, tenían un espectro o fotometría que indicaba un redshift mayor (background).
    • Reclasificación Espectroscópica: Se revisaron espectros y curvas de luz para corregir clasificaciones erróneas o ambiguas (ej. reasignar LBVs a ILRTs o LRNs).

• Procesamiento de Datos:

  • Se obtuvieron curvas de luz de ATLAS (filtros cyan $c$ y orange $o$) mediante el paquete ATClean.
  • Se aplicaron cortes de calidad (descarte de puntos con alta incertidumbre o $\chi^2$ alto) y se binnearon en ventanas de 1 día.
  • Se ajustaron modelos a las curvas de luz (Modelo Bazin para SNe IIb/Ibc, SALT2 para SNe Ia normales, y modelos analíticos para SNe II) para derivar la luminosidad pico y la duración característica (tiempo por encima de la mitad del flujo pico).

3. Contribuciones Clave

1. Catálogo Público ATLAS100: Liberación de un catálogo de 1729 transitorios únicos dentro de los 100 Mpc.
2. Datos Fotométricos Limpios: Disponibilización de curvas de luz de ATLAS binnadas, limpiadas y corregidas (cuando es necesario) para todos los transitorios de la muestra.
3. Reclasificación Sistemática: Corrección de clasificaciones espectroscópicas para 67 transitorios (4.5% de la muestra clasificada) basándose en un análisis conjunto de curvas de luz y espectros.
4. Caracterización Demográfica: Análisis detallado de las distribuciones de redshift, magnitudes de descubrimiento, separación de la galaxia anfitriona y clasificación espectral.
5. Análisis de Pureza y Completitud: Evaluación cuantitativa de los sesgos de la muestra, incluyendo la fracción de completitud de redshift de las galaxias y la tasa de contaminación.

4. Resultados Principales

• Estadísticas de la Muestra:

  • Total: 1729 transitorios.
  • Descubrimientos: ~40% descubiertos por ATLAS; el 60% restante fue descubierto por otras encuestas pero detectado independientemente por ATLAS.
  • Completitud Espectroscópica: 87% de los transitorios tienen al menos una clasificación espectroscópica.
  • Completitud de Redshift de Anfitrión: 83% de las galaxias anfitrionas tienen un redshift espectroscópico conocido previo al descubrimiento.

• Distribución de Tipos Espectrales (en la muestra clasificada):

  • SNe II (Ricas en Hidrógeno): 46.1% de la muestra clasificada (40% del total).
  • SNe Ia (Termonucleares): 35.4% de la muestra clasificada.
  • SNe de Envolvente Despojada (SESNe): 15.8% (incluye Ib, Ic, IIb).
  • Otros: 2.3% (TDEs, LBVs, LRNs, ILRTs, CaSTs, LFBOTs).
  • No Clasificados: 13.1% del total. Se determinó que esta submuestra no representa una población física distinta, sino una mezcla de SNe II e Ia más débiles o descubiertas tardíamente.

• Propiedades Físicas:

  • Separación de Anfitrión: La mayoría de las SNe ocurren dentro de los 12 kpc proyectados de su galaxia. Las SNe Ia-91bg muestran una preferencia por ubicaciones más remotas en galaxias de tipo temprano.
  • Diagrama Duración-Luminosidad: Se mapearon los transitorios en el espacio de fases. Se observó que las SNe IIn tienen duraciones medianas más cortas (~65 días) pero mayor luminosidad que las SNe II-normales. Las SNe Ia-91T son las más luminosas y duraderas, mientras que las Iax son las más tenues.
  • Eventos Notables: La muestra incluye eventos clave como SN 2023ixf (SNe II cercana), AT 2018cow (LFBOT), y múltiples TDEs y transitorios de "brecha" (gap transients) como LRNs e ILRTs.

• Pureza y Contaminación:

  • La muestra clasificada se considera 100% pura en cuanto a ser transitorios reales.
  • Se estimó que menos de 10 transitorios no clasificados podrían ser contaminantes de fondo (SNe con $z > 0.025$ alineados casualmente).
  • Se identificaron 251 transitorios en TNS que faltan en la muestra, principalmente debido a cobertura del hemisferio sur incompleta al inicio de la operación, transitorios demasiado tenues para ATLAS, o errores humanos en la detección (especialmente cerca de núcleos galácticos brillantes).

5. Significancia Científica

Este trabajo sienta las bases para una nueva era en el estudio de supernovas locales:

• Referencia para Cosmología: Proporciona una muestra de SNe Ia de bajo redshift (z < 0.025) con curvas de luz uniformes y bien caracterizadas, esencial para calibrar la escala de distancias cósmicas y reducir incertidumbres en los parámetros de energía oscura.
• Estudios de Tasas Volumétricas: Al ser una muestra limitada por volumen y con una alta completitud de redshift, permite calcular tasas de explosión precisas sin los sesgos de las muestras limitadas por magnitud.
• Física de Progenitores: La capacidad de detectar transitorios tenues y rápidos en el universo local permite estudiar canales de progenitores exóticos (como fusiones de enanas blancas para SNe Iax o CaSTs) y la diversidad dentro de las clases conocidas.
• Primer Paso de una Serie: Este es el primer artículo de una serie que utilizará estos datos para derivar tasas volumétricas, funciones de luminosidad y parámetros físicos detallados para diferentes subclases de supernovas.

En resumen, ATLAS100 representa un recurso fundamental y público para la comunidad astronómica, ofreciendo la muestra más grande y limpia de transitorios extragalácticos en el universo local hasta la fecha, facilitando el avance en la comprensión de la muerte estelar y la evolución galáctica.