¿El telescopio LSST (Vera C. Rubin) cambiará de posición cada 20 o 35 segundos?

La forma en que el telescopio Vera C. Rubin llevará a cabo físicamente el estudio real del cielo (el estudio heredado del espacio y el tiempo; LSST) aún está sujeta a evolución y refinamiento. La amplia estrategia de la encuesta se establece en el Documento de requisitos científicos del sistema LSST , que es (intencionalmente) relajado en cuanto a cómo se lleva a cabo realmente. Los principales requisitos son:

• La encuesta principal, de al menos 18.000 grados cuadrados, debe cubrirse de manera uniforme para que cada campo de visión de 9,6 grados cuadrados de la cámara obtenga un promedio de 825 30 visitas durante los 10 años de la encuesta. (Las 825 visitas se suman en los 6 filtros)
• Se deben adquirir revisitas rápidas (entre 40 segundos y 30 minutos) en al menos 2000 grados cuadrados para descubrir transitorios rápidos. (Esto se puede hacer principalmente superponiendo ligeramente los campos de visión de los campos adyacentes).

Otros requisitos científicos, como la necesidad de detectar objetos en movimiento (uno de los cuatro objetivos científicos principales) y la capacidad de alcanzar los objetivos de paralaje y movimiento adecuado establecidos, también imponen algunas restricciones sobre la frecuencia y el momento en que debe volver a visitar un campo.

Estas restricciones se aplican a la prospección principal "wide-fast-deep" (WFD), que es la que cubrirá los 18.000$\deg^2$área de arriba. Dentro del área de estudio principal de la DMA, el plan de referencia es realizar 2 visitas por campo de cámara (9,6$\deg^2$) en el mismo filtro o en filtros diferentes cada noche (esto permite encontrar objetos en movimiento y transitorios rápidos y enviar alertas). Este par de visitas se repite cada 3-4 noches durante el tiempo de visibilidad del campo. Cada visita consta de 2 exposiciones consecutivas de 15 s en el mismo filtro, separadas por el tiempo de lectura de 2 segundos. Estas dos exposiciones de 15 s luego se combinan en la canalización para hacer la imagen final de 30 s.

Exactamente cómo se encadenan las visitas de campo del WFD, qué tan lejos se mueve el telescopio entre los campos y en qué filtros observa y cuándo, y en qué gasta el observatorio el otro ~10% del tiempo, es un problema muy complicado y depende en gran medida en qué objetos quieres ser sensible y qué tipo de ciencia quieres hacer. Estas diversas compensaciones aún están en curso como parte del Comité de Cadencia y Optimización de la Encuesta. El informe de la gran cantidad de simulaciones de cadencia de encuesta se publicó recientemente, pero no se decidirá una estrategia de encuesta final hasta abril de 2023 ( resumen de la línea de tiempo) después de más reuniones, informes y simulacros. Además, si bien se prefiere una exposición de 1 x 30 s en cada visita (en lugar de 2 x 15 s, que tiene una sobrecarga más alta) y un tiempo más corto dedicado a cada campo (aumenta el rendimiento de la encuesta, lo que le permite cubrir más campos/área por noche), esto dependerá de la Actuación final de la cámara LSST. Esto se debe a que la susceptibilidad de los CCD de las cámaras a los rayos cósmicos, y si se necesitan exposiciones de 2x15 para eliminarlos, aún se desconoce en parte hasta que llega al telescopio y ha estado funcionando durante algún tiempo.

Las simulaciones se basan en un modelo de telescopio, cuyo código está disponible en github . El tiempo necesario para ir de un campo a otro depende de bastantes cosas, como la distancia que tiene que moverse el telescopio (ya que hay límites de aceleración y desaceleración, así como el tiempo de ajuste de la óptica dependiendo de la distancia que se mueva), cuánto el domo tiene que moverse y si está cambiando filtros (una operación de 120 s). En general, el tiempo total dedicado a un campo será:

$$t_{slew}+t_{settle}+t_{exp}\times num. exp. + t_{shutter}\times num. exp. + t_{readout }\times (num. exp.-1)$$ dónde$t_{slew}$es el tiempo de giro (depende de lo lejos que te muevas),$t_{settle}$es el tiempo de asentamiento (también depende de qué tan lejos te muevas, pero un mínimo de 3 segundos),$t_{exp}$es el tiempo de exposición,$t_{shutter}$es el tiempo de apertura/cierre del obturador (1s; es muy grande...) y$t_{readout}$es el tiempo de lectura (2s; el$(num. exp.-1)$se produce porque puede pasar al siguiente campo mientras lee la última exposición).

Entonces, para exposiciones de 2x15 s, tenemos un mínimo de$3s+(15s\times2)+(1s\times2)+(2s\times1)=37s$entre campos. Para los 1x30, tenemos un mínimo de$3s+(30s\times1)+(1s\times1)+(2s\times0)=34s$entre campos. La frecuencia exacta con la que el telescopio se moverá a un nuevo campo dependerá de la cadencia de levantamiento que se decida como se describió anteriormente, pero habrá una fuerte preferencia por mantener cortos los tiempos de giro y el número de cambios de filtro para maximizar la cantidad de campos y cielo cubierto por noche.