Una nueva técnica de análisis de imagen ha mejorado considerablemente la sensibilidad de los límites alcanzados por el reproductor de imágenes IBIS a bordo del telescopio INTEGRAL, como resultado ha logrado el estudio más completo que se haya compilado de todo el cielo en el rango de energías de entre 17 y 60 keV. Al llevar el instrumento a sus propios límites de trabajo, el método revela un gran número de fuentes débiles, galácticas y extragalácticas, previamente desconocidas.
Durante más de siete años, el observatorio Integral ha estado examinando el cielo en las frecuencias de rayos X y gamma y ha acumulado una copiosa información durante un largo tiempo de exposición. El objetivo del Integral fue dirigido tanto a regiones a lo largo del Plano Galáctico como a altas latitudes del cielo, esta última región está dominada por las fuentes extragalácticas. En teoría, un tiempo mayor de exposición se traduce en una mejora en la sensibilidad, pero esta conexión no siempre es tan : una serie de efectos sistemáticos plaga las observaciones y limita la sensibilidad de los instrumentos a pesar de una duración de exposición prolongada. Por lo tanto, se buscan nuevas técnicas con el fin de superar estos efectos sistemáticos y aprovechar plenamente el rendimiento del instrumento.
Un buen ejemplo de esta sinergia es una imagen del algoritmo de análisis que se han desarrollado recientemente para mejorar la sensibilidad conseguida por IBIS, el reproductor de imágenes a bordo del satélite INTEGRAL.
Dado que los fotones de alta energía, como rayos X y rayos Gamma, no pueden ser enfocados con las lentes y espejos tradicionales, el IBIS es en realidad un telescopio codificado, que consiste en una placa de metal (máscara) con un patrón de agujeros que se coloca en la parte superior de un detector. Los fotones procedentes de una fuente astronómica pasan a través de los agujeros y, dependiendo de la dirección entrante, lanza una serie de sombras en el detector. “El principio es muy similar a la de una cámara oscura”,explica el científico del proyecto INTEGRAL, Chris Winkler. “Gracias al patrón de píxeles oscuros y brillantes grabado por el detector, es posible reconstruir la posición en el cielo y la intensidad de las fuentes que producen esa sombra. La reconstrucción se basa en complejas técnicas de análisis de imagen, que por desgracia son propensos a una variedad de efectos sistemáticos, especialmente a lo largo del plano galáctico “, añade Winkler. La llamada emisión Ridge, una fuerte fuente de rayos X procedentes de la radiación difusa del Plano Galáctico, representa un grave problema en este proceso, que se complica aún más por el gran número de fuentes en el Centro Galáctico.
“Con el fin de aislar las fuentes individuales en el cielo, las imágenes tienen que ser limpiadas mediante la eliminación de la señal de fondo, que a su vez tiene que ser adecuada al modelo”, dice Roman Krivonos, investigador del Instituto Max Planck de Astrofísica y investigador espacial del Instituto de la Academia Rusa de Ciencias, quien dirigió el estudio. En este caso, el fondo incluye emisión de rayos X cósmicos de fondo, ruido instrumental y, dependiendo de la latitud galáctica de los campos observados, emisiones suplementarias Ridge procedentes del plano galáctico.
“La principal fuente de efectos sistemáticos es la falta de correspondencia entre el modelo de fondo utilizado en el análisis de imágenes, y el fondo de real presente en las imágenes”, explica Krivonos. “Nuestro nuevo método contiene un modelo mejorado de emisión basado en observaciones en el infrarrojo cercano, un buen trazador de emisión de rayos X galácticos, lo que nos permite eliminar esta fuente de efectos sistemáticos “, añade. El algoritmo también va un paso más en la limpieza de las imagenes, a través del cual todos los objetos a gran escala, debido a efectos residuales sistemáticos e imitando estructuras extendidas en el cielo, se eliminan.
Gracias a este nuevo método que suprime casi por completo los efectos sistemáticos, se obtiene una significativa, aunque no total, eliminación en la porción del cielo dominado por las emisiones Ridge. Las observaciones tienen ahora un más o menos uniforme cielo de fondo, lo que permite la detección de fuentes débiles previamente imperceptibles.
El resultado es el estudio más completo hasta la fecha de rayos X, que abarca el rango de energías de entre 17 y 60 keV. La sensibilidad ha llegado a límites instrumentales sobre las observaciones extragalácticas, donde el reproductor de imágenes a bordo de INTEGRAL está trabajando al máximo rendimiento. En los campos de la galaxia, las observaciones no son todo lo buenas que se podría esperar, pero son significativamente mejores, creando un estudio de la Galaxia con la mejor sensibilidad disponible actualmente en esta banda de energía. “Después de 7 años de operaciones, el IBIS ha recogido datos a través de tiempos de exposición muy largos, y podemos finalmente utilizar la plena capacidad del instrumento. Llegados a este punto en la vida de la misión, el empuje logrado hasta lograr trabajar a sus límites, es especialmente valioso “, comentar Winkler.
El catálogo de fuentes extragalácticas detectadas en el estudio, la mayoría de núcleos galácticos activos (AGN), beneficia enormemente a los países que han desarrollado este nuevo método. La mayor sensibilidad de las nuevas observaciones permite que, un número significativo de fuentes de hasta un corrimiento al rojo de z ~ 0,1, sean detectadas, lo que permite entender cómo las propiedades de los rayos X emitidos por AGN han evolucionado en los últimos mil millones de años de historia cósmica. La muestra de fuentes galácticas, que incluye emisiones compactas de rayos X, radiación por acreción como los agujeros negros o estrellas de neutrones, también es considerablemente mayor que los anteriores catálogos comparables. “Representa un prototipo compacto de muestras que se detectaron en las galaxias cercanas, futuras misiones de rayos-X ”, dice Krivonos.
Enlace original: INTEGRAL completes the deepest all-sky survey in hard X-rays.
Para saber más: Observatorio INTEGRAL (eng).
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