En ny robotkamera med förmågan att fånga hundratusentals stjärnor och galaxer i en enda bild har tagit sin första bild av himlen - en händelse som astronomer kallar "första ljuset". Kameran är mittpunkten i ett nytt automatiserat himmelundersökningsprojekt som kallas Zwicky Transient Facility (ZTF), baserad på Caltechs Palomar Observatory nära San Diego, Kalifornien.

Som partners i ZTF-satsningen, University of Maryland astronomer gav viktiga bidrag till planeringen och utformningen av undersökningsprojektet. UMDs deltagande i ZTF underlättas av Joint Space-Science Institute, ett partnerskap mellan UMD och NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Varje natt, ZTF:s kamera kommer att skanna ett stort stycke av den norra himlen, upptäcka föremål och händelser som varierar i ljusstyrka över tiden, gemensamt känd som transienter. Undersökningsmål kommer att omfatta explosiva supernovor, hungriga svarta hål, och störtande asteroider och kometer.

"ZTF-undersökningen kommer att vara transformativ för studien av supermassiva svarta hål som festar på stjärnor i galaxernas centrum, sa Suvi Gezari, en biträdande professor i astronomi vid UMD och en fellow vid Joint Space-Science Institute vars forskning fokuserar på tidsdomänastronomi. "Tidpunkten för dessa händelser, känd som tidvattenstörningar, kan användas för att begränsa massan och centrifugeringen av svarta hål. Data från ZTF kan också erbjuda en sällsynt, en inblick i realtid av bildandet av en ackretionsskiva - och möjligen relativistiska jetstrålar - runt ett supermassivt svart hål."

Från 2009 till 2017, ZTF:s föregångare, Palomar Transient Factory (PTF), fångade blinkande och blossande av övergående föremål på himlen. Projektet utnyttjade Palomar-observatoriets tre teleskop - det automatiserade 48-tums Samuel Oschin-teleskopet, det automatiserade 60-tumsteleskopet och 200-tums Hale-teleskopet.

Under PTF:s undersökningar, Oschin-teleskopet fungerade som upptäcktsmotorn, sedan följde 60-tums teleskopet upp målen, samla information om deras identitet. Därifrån, astronomer använde antingen Hale-teleskopet, W.M. Keck -observatoriet på Hawaii, eller Discovery Channel Telescope i Arizona för att zooma in på de olika kosmiska fenomen som livar upp vår natthimmel.

ZTF-undersökningen är den kraftfulla uppföljaren till PTF. Den är uppkallad efter Caltechs första astrofysiker, Fritz Zwicky, som upptäckte 120 supernovor under sin livstid. Nyligen installerad vid Oschin -teleskopet, ZTF:s nya undersökningskamera kan ta in sju gånger mer himmel på en enda bild än sin föregångare. Vid maximal upplösning, varje ZTF-kamerabild är 24, 000 med 24, 000 pixlar - så enorma att bilderna är svåra att visa på en vanlig datorskärm.

Dessutom, ZTF:s uppgraderade elektronik och teleskopdrivsystem gör att kameran kan ta mer än dubbelt så många exponeringar varje natt. Astronomer kommer inte bara att kunna upptäcka mer övergående objekt, de kommer också att kunna fånga fler tillfälliga drag som dyker upp och bleknar snabbt.

"Det händer mycket aktivitet på vår natthimlen, " sa Shrinivas (Shri) Kulkarni, huvudutredaren för ZTF och George Ellery Hale -professor i astronomi och planetvetenskap vid Caltech. "Faktiskt, varje sekund, någonstans i universum, det finns en supernova som exploderar. Självklart, vi kan inte se dem alla men med ZTF kommer vi att se upp till tiotusentals explosiva transienter varje år under projektets treåriga livslängd."

Bilder från ZTF kommer att justeras, rengöras och kalibreras vid IPAC, Caltechs astronomi och datacenter. Programvaran kommer att söka efter ljuskällor i floden av ZTF-data – särskilt de som ändras eller rör sig. Dessa data kommer att offentliggöras för hela astronomisamfundet för både forskning och utbildning.

"Data från ZTF ger en riktigt bra möjlighet för studenter här på UMD, eftersom stora undersökningsprogram som ZTF kommer att spela en stor roll i astronomins framtid, sa Melissa Hayes-Gehrke, en huvudlektor och grundutbildningsdirektör för astronomi vid UMD. Hayes-Gehrke har lett arbetet med att utveckla utbildningsmaterial som använder sig av data från PTF och ZTF. "Det är fantastiskt att få in studenter på bottenvåningen. Astronomer kommer att utvinna denna data i många år framöver, så detta är ett viktigt steg för att förbereda studenterna för en karriär inom forskning. "

ZTF:s nya första ljusbild är ett smakprov på vad som komma skall. Den visar upp den stora skalan av bilderna och framhäver den turbulenta stjärnbildande nebulosan som kallas Orion.

Astronomer är exalterade över de oväntade fynden som ZTF sannolikt kommer att ge. En av PTF:s största upptäckter kom 2011 när den fångade en supernova, heter PTF11kly, bara timmar efter att den exploderade. ZTF-undersökningen kommer att ytterligare utöka astronomernas kunskap om en mängd kosmiska objekt, inklusive unga supernovor, planeter runt unga stjärnor, exotiska binära stjärnsystem och jordnära kometer och asteroider.

"Jag är mest exalterad över ZTF:s potential att fånga intressanta kometutbrott. Vi vet att de händer, vi vet bara inte hur ofta. Många fångas av amatörastronomer, sa Dennis Bodewits, en astronomibiträdande forskare vid UMD som är specialiserad på kometforskning. "Detta kommer att förändras med ZTF, som tar upp mellan 30 och 50 kometer varje gång den skannar hela himlen. Kometer finns över hela himlen, så vi är intresserade av att se så många av dem som vi kan, så detaljerat som möjligt."

ZTF-undersökningen kommer också att bidra till det växande området för astrofysik med flera budbärare. I stora drag, detta är sökandet efter optiska motsvarigheter till extrema övergående händelser som ses med andra instrument som detekterar olika signaler, eller budbärare. Exempel inkluderar gravitationsvåghändelser observerade av Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) och Jungfrudetektorn; neutrinohändelser observerade av IceCube South Pole Neutrino Observatory; och gammastrålning sedda av NASA:s Fermi Gamma-ray Space Telescope och Swift Gamma-ray Burst Mission.

"Det som upphetsar mig mest med ZTF är det enorma synfält som det kommer att öppna upp för att koppla optiska transienter med extrema händelser, "sa Julie McEnery, Fermi-projektforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center, adjungerad docent i fysik vid UMD och meddirektör för Joint Space-Science Institute. "För framtida gravitationsvågshändelser från LIGO och Virgo, vi kommer att få en mycket stor del av himlen att söka efter. Neutrinohändelser och gammastrålning är inte heller väl lokaliserade. ZTF-undersökningen kommer att tillåta oss att koppla det optiska universum till alla dessa tre extrema fenomen."

Den vetenskapliga undersökningsfasen av ZTF är planerad att påbörjas i februari 2018. Projektet kommer att slutföras i slutet av 2020. I framtiden, ännu större undersökningar kommer att bygga på ZTF:s snabba genomsökningar av himlen, till exempel det kommande Large Synoptic Survey Telescope (LSST), planerad att vara i drift 2023.