Bolsa de PD em Instrumentação Astronômica

Post-doctoral Fellowship in Astronomical Instrumentation

Nº: 2345

Área de conhecimento: Astronomia

Field of knowledge: Astronomy

Nº do processo FAPESP: 2011/51680-6

FAPESP process: 2011/51680-6

Título do projeto: Catalogação de fontes variáveis e ciência tipo IFU em levantamentos fotométricos multibanda

Project title: Cataloguing variable sources and IFUlike science with multiband surveys

Área de atuação: Variabilidade estelar, populações estelares de galáxias e instrumentação astronômica

Working area: Stellar variability, galaxy stellar populations and astronomical instrumentation

Quantidade de vagas: 1

Number of places: 1

Pesquisador responsável: Cláudia Lúcia Mendes de Oliveira

Principal investigator: Cláudia Lúcia Mendes de Oliveira

Unidade/Instituição: Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da USP

Unit/Instituition: Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da USP

Data limite para inscrições: 01/10/2018

Deadline for submissions: 2018-10-01

Publicado em: 24/08/2018

Publishing date: 2018-08-24

Localização: IAG - USP: Rua do Matão, 1226 - Cidade Universitária, São Paulo

Locale: IAG - USP: Rua do Matão, 1226 - Cidade Universitária, São Paulo

E-mail para inscrições: jrgodoy@usp.br

E-mail for proposal submission: jrgodoy@usp.br

  • Resumo Summary

    O Southern Photometric Local Universe Survey (S-PLUS) tem como objetivo mapear 8000 graus quadrados do céu do hemisfério Sul com doze bandas ópticas usando um novo telescópio robótico dedicado de 0,8 m no Cerro Tololo, T80-South, e um imageador óptico de campo grande. Na primeira divulgação de dados (DR1) do S-PLUS, imagens e catálogos de 160 graus quadrados para a região do SDSS STRIPE-82 foram disponibilizados. O projeto envolve estudos a serem realizados com dados de DR1 e dados de colaboração interna no aglomerado de galáxias Hydra que, posteriormente, serão estendidos a todas as áreas do S-PLUS e ao J-PAS.

    O pós-doutorando terá duas tarefas principais:

    1) Criar um catálogo de todas as estrelas variáveis conhecidas no DR1 e estudar suas propriedades através das doze bandas fotométricas S-PLUS combinadas com dados da literatura;

    2) Fazer a caracterização de populações estelares para todas as galáxias presentes no DR1 mais brilhantes do que r = 18.

    O primeiro subprojeto nos permitirá caracterizar as propriedades espectrais de centenas de estrelas variáveis de tipo ainda desconhecido, especialmente aquelas cujos fluxos variáveis estão fortemente relacionados às propriedades físicas intrínsecas das fontes. O pós-doutorando desenvolverá ferramentas para detectar variáveis com períodos entre 30s e 100 min. O segundo  tem como objetivo determinar idades, metalicidades e abundâncias para as galáxias brilhantes do STRIPE-82 usando diferentes métodos. Em ambos os casos, o objetivo final é também produzir ferramentas para o levantamento do J-PAS, que cobrirá 8000 graus quadrados em 59 faixas estreitas até i = 22,5. 

    1. INTRODUÇÃO 

    A Astronomia moderna entrou em uma nova era de aquisição massiva de dados. A atual e a nova geração de levantamentos fotométricos (SDSS, PanSTARRS, DES, LSST ou J-PAS, entre outros) fornecerão informações multicor para milhões de galáxias, permitindo estudos cosmológicos precisos em diferentes épocas cósmicas. Nesse contexto, um grande esforço (uma parceria entre a FAPESP e várias outras instituições) levou à construção de um telescópio robótico chamado T80-South para pesquisar 8000 graus quadrados do céu do hemisfério sul em 12 bandas. O objetivo desta proposta é explorar esses dados. O DR1 cobre 160 graus quadrados dentro do STRIPE-82, uma região do SDSS explorada por vários estudos, em diferentes comprimentos de onda. 

    1.1 S-PLUS 

    O T80-South é um telescópio robótico Ritchey-Chretien de 80 cm, localizado no Cerro Tololo, equipado com uma câmera CCD de grande formato (campo de 2 deg2 com 0.55 arcsec pixels), que está executando o S-PLUS (www.splus.iag.usp.br/en) nos próximos quatro anos . O S-PLUS cobrirá 8000 graus quadrados principalmente do hemisfério sul, a uma profundidade semelhante à Sloan Digital Sky Survey, em 12 bandas (5 bandas do tipo Sloan e 7 filtros de banda estreita centrados em características estelares proeminentes).

    O T80-South iniciou suas operações regulares em agosto de 2017. O S-PLUS foi projetado para encontrar estrelas de baixa metalicidade e azuis do ramo horizontal, quasares high-z, determinar as propriedades físicas de galáxias próximas e mapear a estrutura de larga escala no universo próximo. 

    2. DETALHES DOS PROJETOS 

    2.1 Catalogando e caracterizando variáveis conhecidas 

    O pós-doc primeiro usará um catálogo publicamente disponível de variáveis conhecidas, como o Catálogo Geral de Estrelas Variáveis (GCVS; http://www.sai.msu.su/gcvs/gcvs/) que contém dados para mais de 500 mil fontes . A maioria destes já foi classificada em algum tipo variável, mas mais de 70 mil não têm classificação adequada, enquanto outros milhares tiveram suas classificações contestadas.

    Nesse contexto, o DR1 do Levantamento S-PLUS (Mendes de Oliveira et al. 2018, em preparação) contém mais de 10 mil estrelas variáveis, o que nos dá um valioso conjunto de dados a ser investigado. O primeiro projeto envolve classificar com boa precisão um grande número de objetos cuja variabilidade está relacionada com suas propriedades físicas intrínsecas, como evolução química, estágios de idade e/ou instabilidades gravitacionais. Desta forma, o pós-doc pode caracterizar a distribuição de energia espectral de cada estrela observada.

    Além disso, a área coberta pelo Galactic Survey do T80S tem uma sobreposição com outros dois levantamentos no óptico e no infravermelho próximo (NIR), VPHAS + (Drew et al. 2014) e VVV / VVVX (Minniti et al. 2010), respectivamente. O pós-doc irá cruzar os três catálogos para construir um grande banco de dados cobrindo todo o ótico e NIR, que permitirá recuperar o SED para comprimentos de onda maiores, expandindo a exploração das propriedades físicas das variáveis.

    O STRIPE-82 (mais de 160 graus quadrados) contém cerca de 11 mil variáveis, das quais cerca de 2 mil têm tipos desconhecidos. O pós-doc trabalhará para caracterizar os tipos espectrais desses objetos usando o SED estelar de maneira totalmente automatizada, usando técnicas de aprendizado de máquina.

    As novas ferramentas e catálogos gerados por este projeto têm o potencial de melhorar significativamente o reconhecimento desta área estelar, dando à comunidade todo um conjunto de novos parâmetros e identificadores a serem mais estudados. As mesmas ferramentas podem ser aplicadas posteriormente ao J-PAS. 

    2.2 Ciência IFU com dados S-PLUS 

    A última década mostrou um grande avanço no campo da evolução de galáxias com base na espectroscopia de Unidade de Campo Integral (IFU), e populações estelares detalhadas foram usadas para restringir os principais mecanismos envolvidos na formação de galáxias. No entanto, os levantamentos espectroscópicos são limitados na área de cobertura e tamanho da amostra, devido ao custo de observação relativamente grande. O segundo projeto possível para o pós-doc será mapear populações estelares de galáxias no S-PLUS.

    Serão usadas galáxias do aglomerado de Hydra, um dos aglomerados de galáxias mais próximos de nós, a uma distância de ~ 50 Mpc, para um programa piloto. O interesse está nas grandes galáxias no núcleo do sistema, incluindo elípticas e espirais. Numa primeira abordagem, o pós-doutorando selecionará os pixels para cada galáxia usando elipses com um eixo maior medindo um raio Kron, a partir de um catálogo Sextractor (Bertin & Arnouts 1996). Ele/ela deve então combinar dados em pixels adjacentes usando o diagrama de Voronoi (por exemplo, o algoritmo de Cappellari e Copin, 2003). Em seguida, modelar cada amostra com modelos de população estelar única.

    Em uma segunda abordagem, várias outras técnicas serão investigadas para a escolha dos tamanhos de amostras, outros modelos e outras técnicas para determinação de populações estelares, a fim de melhorar os resultados.

    Dados espectroscópicos para algumas das galáxias observadas fotometricamente serão usados para testar os resultados. O principal objetivo é encontrar a utilidade da ciência da IFU com dados S-PLUS e, em última análise, com dados J-PAS. Esta técnica pode ainda ser aplicada a outros campos de galáxias, como os de DR1 do STRIPE-82.

    Ambos os projetos ou um deles (dependendo dos resultados e ramificações) podem ser executados em dois anos.

    The Southern Photometric Local Universe Survey (S-PLUS) aims to map 8000 squared degrees of the Southern sky with twelve optical bands using a new dedicated 0.8m robotic telescope at Cerro Tololo, T80South, and a widefield optical imager. In the first data release (DR1) of S-PLUS, images and catalogues for 160 squared degrees for the region of the SDSS STRIPE-82 were made available. The project involves studies to be performed with DR1 data and internal collaboration data on the Hydra cluster and later to be extended to the whole surveys SPLUS and JPAS.

    The post-doc will have two main tasks:

    1) Create a catalogue of all known variable stars in DR1 and study their properties through the twelve S-PLUS photometric bands combined with literature data;

    2) Do the characterization of stellar populations for all galaxies present in DR1 brighter than r=18. The first subproject will allow us to characterize the spectral properties of hundreds of variable stars of yet unknown type, specially those whose variable fluxes are strongly related to the intrinsic physical properties of the sources. The post-doc will develop tools to detect variables with periods ranging from 30s to 100 min. The second has the goal of determining ages, metallicities and abundances for galaxies in the STRIPE-82 using different methods. In both cases the ultimate goal is to also produce tools for the J-PAS survey, which will cover 8000 square degrees in 59 narrowbands down to i=22.5. 

    1. INTRODUCTION 

    Modern astronomy has entered a new era of massive data acquisition. The current and new generation of photometric redshift surveys such as SDSS, PanSTARRS, DES, LSST or J-PAS (among others), will provide multicolour information for millions of galaxies, enabling precise cosmological studies at different cosmic epochs. In this context, a huge effort (a partnership between FAPESP and several other institutions) led to the construction of a robotic telescope called T80South to survey 8000 square degrees of the southern sky in 12 bands. The goal of this proposal is to exploit such data. DR1 covers 160 squared degrees inside STRIPE-82, a region of SDSS exploited by a number of studies, in different wavelengths. This dataset works as a cross calibration baseline among different projects. 

    1.1 S-PLUS 

    T80South is a Ritchey-Chretien 80cm robotic telescope on Cerro Tololo, equipped with a large format CCD camera (2 deg2 field with 0.55 arcsec pixels), which is performing S-PLUS (www.splus.iag.usp.br/en) in the next four years. S-PLUS will cover 8000 square degrees mostly of the southern hemisphere, to a depth similar to the Sloan Digital Sky Survey, in 12 bands (5 Sloan-like bands and 7 narrowband filters centred on prominent stellar features).

    T80South started regular operations in August 2017. SPLUS has been designed to find lowmetallicity and bluehorizontal branch stars, highz quasars, determine the physical properties of nearby galaxies and to map the largescale structure in the nearby universe. 

    2. DETAILS OF THE PROJECTS 

    2.1 Cataloguing and characterizing known variables 

    The post-doc will first use a publicly available catalogue of known variables, such as the General Catalogue of Variable Stars (GCVS; http://www.sai.msu.su/gcvs/gcvs/) that contains data for more than 500 thousand sources. Most of these were already classified into some variable type, but more than 70 thousand have no proper classification, while other several thousands have had their classifications contested.

    In this context, the DR1 of S-PLUS (Mendes de Oliveira et al. 2018, in prep) survey contains more than 10 thousand variable stars, which gives us a valuable dataset to be investigated. The first project involves classifying with good accuracy a great number of objects whose variability is related with its intrinsic physical properties, such as chemical evolution, age stages and/or gravitational instabilities. In this way, the post-doc can characterize the spectral energy distribution of each observed star.

    Besides that, the area covered by the Galactic Survey of T80S has an overlap with two other surveys in the optical and nearinfrared (NIR), VPHAS+ (Drew et al. 2014) and VVV/VVVX (Minniti et al. 2010), respectively. The post-doc will crossmatch the three catalogues to build a large database covering all optical and NIR, which will allow retrieving the SED to longer wavelengths, expanding the exploitation of the physical properties of the variables.

    STRIPE82 (over 160 square degrees) contains about 11 thousand variables, from which about 2000 have unknown types. The post-doc will work to characterize the spectral types of these objects using the stellar SED on a fully automated way, using machine learning techniques.

    The new tools and catalogues generated by this project have the potential to significantly improve the acknowledge of this stellar area, giving to the community a whole set of new parameters and identifiers to be further studied. The same tools can later be applied to J-PAS. 

    2.2 IFU science with S-PLUS data 

    The last decade has shown a great advance in the field of galaxy evolution based on Integral Field Unit (IFU) spectroscopy, and detailed stellar populations have been used to constrain the main mechanisms involved in the mass assembly of galaxies. However, spectroscopic surveys are limited in area coverage and sample size owing to the relatively large observational cost. The second possible project for the post-doc will be to map stellar populations of galaxies in S-PLUS.

    Galaxies in the central pointing of the Hydra cluster, one of the nearest galaxy clusters to us, at a distance of ~50 Mpc will be used for a pilot program. The interest is in the large galaxies in the core of the system, including both ellipticals and spirals. At a first approach the post-doc shall select the pixels for each galaxy using ellipses with a majoraxis distance of one Kron radius from a Sextractor catalog (Bertin & Arnouts 1996). He/she then should combine data in adjacent pixels using Voronoi tessellation (e.g. the algorithm from Cappellari and Copin 2003). After that, model each bin with single stellar population models.

    In a second approach several other techniques will be investigated for choosing the bin sizes, other models and other techniques for determining stellar populations, in order to improve the results.

    Spectroscopic data for some of the galaxies observed photometrically will be used to test the results. The main goal is to find the usefulness of IFU science with S-PLUS data and ultimately with J-PAS data. This technique can further be applied to other fields of galaxies, such those from DR1 for STRIPE-82.

    Both projects or one of them (depending on the results and ramifications) can be performed in two years.

    This opportunity is open to candidates of any nationalities. The selected candidate will receive a FAPESP’s Post-Doctoral fellowship in the amount of R$ 7,373.10 monthly and a research contingency fund, equivalent to 15% of the annual value of the fellowship which should be spent in items directly related to the research activity.