The Atacama Cosmology Telescope: Release of A databaSe of millimeTeR ObservatioNs of Asteroids Using acT (ASTRONAUT)

Resumo Técnico: O Atacama Cosmology Telescope: Lançamento de um banco de dados de observações de asteroides em milimétrico através do ASTRONAUT (A databaSe of millimeTeR ObservatioNs of Asteroids Using acT)

Problema e Motivação
Estudos da composição do regolito de asteroides em comprimentos de onda milimétricos (mm) oferecem insights únicos sobre a formação planetária precoce e propriedades subsuperficiais, uma vez que essas medições sondam as camadas superficiais dos asteroides. No entanto, dados de fluxo em mm para asteroides permanecem escassos em comparação com observações ópticas e infravermelhas. Observações tradicionais em mm são intensivas em recursos, muitas vezes exigindo buscas direcionadas com grandes instalações, e são limitadas pela baixa luminosidade dos asteroides nesses comprimentos de onda devido às inclinações espectrais e fatores de diluição do feixe ($10^3$–$10^6$ vezes piores que no óptico). Embora observatórios cosmológicos como o Atacama Cosmology Telescope (ACT) realizem levantamentos de campo amplo repetidos na faixa de mm a sub-mm, observações incidentais de asteroides provenientes desses levantamentos têm sido historicamente subutilizadas para a ciência de asteroides devido à falta de produtos de dados processados e acessíveis.

Metodologia
Este artigo apresenta o lançamento do ASTRONAUT (A databaSe of millimeTeR ObservatioNs of Asteroids Using acT), um banco de dados público hospedado na Amazon Web Services (AWS) via um bucket do Amazon Simple Storage Service (S3). Os dados derivam de observações do ACT conduzidas entre 2017 e 2021 em três bandas de frequência centradas próximas a 90, 150 e 220 GHz (denotadas como f090, f150 e f220).

O pipeline de processamento de dados utiliza mapas de "profundidade-1", que são imagens de exposição rasa (aproximadamente o equivalente a 5 minutos de exposição) geradas a partir da estratégia de varredura padrão do ACT. A metodologia envolve:

1. Extração de Fontes: Os fluxos dos asteroides são medidos a partir de mapas de profundidade-1 usando uma técnica de filtro casado otimizada para fontes pontuais para maximizar a relação sinal-ruído (S/N) e suprimir o ruído atmosférico.
2. Astrometria: A API do JPL Horizons é utilizada para interpolar órbitas de asteroides e determinar suas localizações precisas nos mapas de profundidade-1 com base nos tempos de observação do ACT.
3. Normalização de Fluxo: As medições de fluxo bruto são normalizadas para uma geometria padrão (1 UA da Terra e do Sol, e um ângulo de fase de referência) usando um esquema de ponderação ($W_i$) baseado no limite de Rayleigh-Jeans do Modelo Térmico Padrão. Isso compensa as variações de distância Terra/asteroide e Sol/asteroide, bem como os ângulos de fase entre as observações.
4. Calibração: Os dados são calibrados usando mapas de fluxo de Urano em comparação com varreduras dedicadas, com incertezas sistemáticas (ex: tamanho do feixe) incorporadas nas barras de erro finais.

Principais Contribuições
A principal contribuição deste trabalho é o lançamento público de um conjunto de dados curado contendo 170 asteroides que atingiram uma relação sinal-ruído $\ge 5$ em pelo menos uma banda de frequência após o empilhamento das observações. O banco de dados fornece:

• Valores de Fluxo Normalizados ($F_0$): Medições de densidade de fluxo corrigidas para variações geométricas.
• Barras de Erro Associadas: Incluindo ruído estatístico e incertezas sistemáticas.
• Fatores de Ponderação ($W_i$): Parâmetros geométricos que permitem aos usuários reconstruir fluxos para épocas de observação específicas.
• Tempos de Observação: Registrados em tempo Unix, correspondendo à posição do asteroide durante a travessia do array (aprox. 4 minutos).

Para facilitar o acesso, os autores fornecem uma interface baseada em Python e um Jupyter Notebook hospedado em um repositório do GitHub. Essas ferramentas permitem que os usuários consultem o bucket S3 para asteroides, arrays e frequências específicos, recuperem arquivos FITS e gerem curvas de luz. O conjunto de dados também é espelhado no Legacy Archive for Microwave Background Data Analysis (LAMBDA) em formato de arquivo tar.

Resultos
O artigo valida o conjunto de dados comparando as medições de fluxo do ACT para cinco asteroides específicos — (1) Ceres, (4) Vesta, (7) Iris, (6) Hebe e (18) Melpomene — contra medições históricas de Redman et al. (1998). As comparações, realizadas escalonando os dados do ACT para as épocas de observação de Redman usando os fatores de ponderação fornecidos, mostram consistência dentro das incertezas. O artigo demonstra a utilidade do banco de dados ao gerar exemplos de curvas de luz, como para o asteroide (705) Erminia, ilustrando como os dados podem ser usados para rastrear variações de fluxo ao longo do tempo.

Significância e Alegações
Os autores posicionam o ASTRONAUT como um recurso para aumentar o acesso a observações incidentais de asteroides provenientes de levantamentos cosmológicos, que oferecem um método de baixo custo para coletar dados em mm em comparação com buscas direcionadas. O artigo alega modestamente que este banco de dados permite a criação de curvas de luz e facilita o estudo das propriedades do regolito de asteroides. Os autores observam que, embora o termo "curva de luz" não seja o padrão na comunidade de asteroides (onde a densidade de fluxo como função da época é a definição padrão), ele é usado aqui para clareza para um público mais amplo.

O artigo conclui identificando aplicações futuras para estes dados, especificamente o potencial de criar curvas de luz multi-observatório (combinando dados do ACT, SPT e ALMA) e de calcular curvas de fase para melhor compreender as variações de fluxo em mm como função da rotação do asteroide. O trabalho enfatiza que os dados estão disponíveis gratuitamente para encorajar maior exploração científica dessas observações incidentais.