Paquete de trabajo 2:
Este paquete de trabajo tiene como objetivo proporcionar identificaciones estadísticas en múltiples longitudes de onda y distribuciones de energía espectral de las fuentes de rayos X de XMM-Newton. Durante el primer año del proyecto hemos identificado los principales catálogos de interés para cubrir diferentes longitudes de onda y profundidades. Para un subconjunto de estos catálogos, hemos calculado asociaciones estadísticas preliminares utilizando la herramienta ARCHES. Esta herramienta calcula la probabilidad de que las detecciones en diferentes catálogos se asocien a la misma fuente basándose en sus posiciones, errores posicionales y densidades locales. Para todas las posibles coincidencias hemos investigado los colores y las distribuciones de energía espectral correspondientes y las hemos comparado con las de diferentes clases de objetos bien estudiados, así como con las asociaciones falsas. Para el subconjunto de catálogos en los que hemos trabajado, hemos encontrado que una combinación de colores de rayos X e infrarrojos ayuda en la mayoría de los casos a discernir las fuentes galácticas y extragalácticas de las falsas asociaciones. Hemos construido un prototipo de herramienta para calcular la probabilidad fotométrica de ser una coincidencia verdadera basada en una correlación de densidad de núcleo. Este método, combinado con muestras de aprendizaje bien definidas, nos permite dar una primera estimación de las asociaciones verdaderas/falsas de forma probabilística fotométrica. Como próximos pasos nos gustaría combinar las probabilidades fotométricas con las probabilidades posicionales siguiendo a F.-X. Pineau et al 2017 y validar los resultados obtenidos. Una vez validados para el subconjunto de catálogos en los que hemos trabajado nos gustaría ampliar el estudio a otros catálogos.
Paquete de trabajo 3:
El trabajo se ha concentrado en el desarrollo de una primera versión del Estimador de Sensibilidad que puede proporcionar tanto flujos como límites superiores de flujo de una región de los datos de XMM-Newton EPIC, con la posición y el tamaño de la región elegidos por el usuario. El usuario también puede especificar la banda de energía, la fiabilidad de la estimación requerida y proporciona superposiciones (anotadas) de la región de interés en una variedad de longitudes de onda. Para ello se ha partido de una herramienta anterior, Flux Limits from Images from XMM-Newton (FLIX), adaptándola para que funcione en nuevos servidores e integrando toda la última versión del catálogo de XMM-Newton, 4XMM-DR11 (Webb et al. 2020) para que funcione con el Estimador de Sensibilidad. Hemos dado prioridad a la simplificación, modernización y armonización de la interfaz para que se asemeje a otras interfaces de XMM-Newton y a proporcionar una documentación de fácil uso. Ahora se puede acceder a la herramienta en: http://flix.irap.omp.eu/
Paquete de trabajo 4:
«El catálogo apilado mejorado», tiene como objetivo una sensibilidad óptima hacia las fuentes débiles en observaciones solapada. Para ello se está implementando un nuevo esquema de detección de fuentes. El primer año se dedicó principalmente a reestructurar el software respectivo de XMM-Newton. Sus subrutinas se documentaron y ampliaron con muchos más detalles que los disponibles hasta el momento, proporcionando la base para los siguientes cambios en el código. Varias rutinas necesitaron una modificación sustancial para acomodar el nuevo esquema, en el que se supone que el flujo de la fuente es constante durante todas las observaciones. Esta suposición requiere el conocimiento de los factores de conversión de las cuentas medidas, que dependen tanto de la configuración instrumental, como de los flujos astrofísicos. Se está precalculando una matriz de factores de conversión, y se proporcionará una interfaz para el software de detección de fuentes, con el fin de evaluarlos y utilizarlos eficazmente durante el proceso de ajuste. Todas estas actualizaciones del código están en curso.
Se prevén mejoras adicionales para aumentar la calidad de los resultados de detección y de los parámetros de la fuente: astrometría mejorada, una evaluación de la sensibilidad de las exposiciones de entrada y una estrategia de tiling para paralelizar el procesamiento de apilamientos muy extensos. Se han investigado los distintos enfoques y se coordinan con las actualizaciones del código. Las tareas del WP4 también están estrechamente relacionadas con otros paquetes de trabajo. Por ejemplo, los flujos derivados durante la detección de fuentes se utilizan para evaluar la variabilidad a largo plazo en el WP5, y los datos del catálogo se convierten en una entrada para el estimador de sensibilidad del WP3. Las reuniones virtuales y el intercambio frecuente de correos electrónicos entre los beneficiarios garantizan la coordinación eficiente de las contribuciones dentro del WP4 y a través de los paquetes de trabajo, para asegurar un progreso fluido del trabajo.
Paquete de trabajo 5:
Durante el primer año del proyecto nos hemos concentrado en el desarrollo del software para determinar la variabilidad a largo plazo y la variabilidad muy débil a corto plazo en los datos de XMM-Newton focalizados en EPIC. Para desarrollar la variabilidad a largo plazo hemos tomado cinco catálogos de rayos X además de los datos apuntados por XMM-Newton para ampliar la duración del tiempo y aumentar el número de puntos en la curva de luz. Estos incluyen El Catálogo de Fuentes Chandra (CSC 2.0, Evans et al.2020 b), el catálogo de fuentes puntuales de rayos X de Swift (2SXPS, Evans et al. 2020), el sondeo Rosat All Sky (2RXS, Boller et al. 2016), el sondeo puntiforme de ROSAT, el sondeo XMM-Newton slew (Saxton et al. 2008) y los datos tempranos de Erosita (eFEDS, Brunner et al. 2021), que además aumentamos con los límites superiores de XMM-Newton utilizando RapidXMM (Ruiz et al. 2022). Para ello hemos desarrollado un algoritmo basado en el método de emparejamiento descrito en Salvato et al. (2018). Hemos identificado la(s) mejor(es) banda(s) de rayos X a comparar y el modelo espectral a utilizar para determinar los flujos, con el fin de crear comparaciones fiables, así como los criterios ideales para determinar la variabilidad. A partir de un estudio piloto sobre dos meses de datos, determinamos el número y el tipo de alertas esperadas. También ampliamos esta búsqueda para sondear la variabilidad espectral y la variabilidad en los datos ópticos/UV del telescopio OM a bordo de XMM-Newton.
Para buscar la variabilidad débil y de corta duración, nos hemos basado en el trabajo preliminar desarrollado y publicado en Pastor-Marazuela et al. (2020) sobre el algoritmo del detector de estallidos EPIC-pn XMM-Newton (EXOD). El algoritmo puede aplicarse ahora a los detectores MOS y a todos los modos de los detectores EPIC. Se han introducido mejoras en el algoritmo que determina la posición de la fuente variable y se ha trabajado para excluir las regiones de los detectores afectadas por fuentes muy brillantes, que pueden dar lugar a falsas detecciones. Hemos realizado pruebas preliminares sobre el algoritmo mejorado, comparándolo con el trabajo realizado anteriormente. También hemos demostrado que el código es capaz de detectar una variabilidad muy significativa de las fuentes más brillantes. Mientras que estas fuentes son detectadas por el pipeline de XMM-Newton, la variabilidad no ha sido identificada usando los algoritmos actuales del pipeline. Este es un resultado adicional al trabajo. El código se ha paralelizado para permitir que se ejecute más rápidamente con el gran volumen de datos disponibles y hemos empezado a realizar análisis en todas las observaciones de XMM-Newton.
Paquete de trabajo 6:
Este paquete de trabajo tiene como objetivo proporcionar caraterizaciones espectrales para varias submuestras de fuentes serendípicas de XMM-Newton, aprovechando sus espectros de rayos X, extraídos automáticamente durante el procesamiento del pipeline de todos los productos de XMM-Newton.
Para la caracterización espectral hemos utilizado un sofisticado método de ajuste bayesiano (BXA) con una exploración exhaustiva del espacio de parámetros. Como modelo de referencia, utilizamos una ley de potencia absorbida por gas frío. También se están considerando otros modelos, como un cuerpo negro absorbido y un bremstrahlung térmico.
El trabajo está estructurado en varias fases incrementales, cada una de las cuales se basa en la fase anterior, en la experiencia acumulada de los participantes y en los conocimientos adicionales obtenidos en la fase anterior. El final de cada fase está marcado por un entregable.
El primer entregable (a finales de 2021) fue un catálogo de ajustes espectrales de los espectros de detecciones individuales de fuentes de rayos X en 4XMM DR11, después de aplicar algunos filtros de calidad, diseñados para garantizar que los resultados sean fiables y significativos. Hemos obtenido ajustes para el 97% de las detecciones con espectros extraídos, de los cuales el 75% (más de 230000 fuentes) se consideran de calidad aceptable. Para cada ajuste proporcionamos los valores de los parámetros de mejor ajuste, junto con las estimaciones del intervalo de confianza del 90%.
Muchas de esas detecciones corresponden a observaciones repetidas de la misma fuente física. Nuestro objetivo es aprovechar el correspondiente aumento de la señal proporcionando, en un segundo entregable (D6.2, publicado a finales de abril de 2022), ajustes a los espectros fusionados de todas las observaciones de la misma fuente física (más de 30000 fuentes tras el filtrado).
En este caso también proporcionamos ajustes a un modelo de cuerpo negro absorbido, además de un modelo de ley de potencia absorbido como para D6.1, para el que el 38,6% y el 25,2% de los ajustes se consideran de calidad aceptable (respectivamente). De nuevo, para cada ajuste y cada uno de los dos modelos proporcionamos algunos indicadores de calidad, los valores de los parámetros de mejor ajuste para un modelo de ley de potencia absorbida, junto con estimaciones del intervalo de confianza del 90%.
El catálogo completo de 4XMM DR11 contiene cerca de 900000 fuentes, de las cuales sólo una fracción (~320000) tienen sus espectros extraídos y por lo tanto fueron consideradas para ajustes espectrales completos (en D6.1 más arriba). Nuestro tercer entregable (D6.3, publicado en diciembre de 2022) tiene como objetivo proporcionar información espectral básica para todas las fuentes del catálogo, utilizando los contadores del mismo como un espectro fuertemente binned de baja resolución. Los ajustes a una ley de potencia absorbida resultan aceptables para casi el 90% de ellas. Proporcionamos la misma información para estos ajustes que en las dos entregas anteriores.
Nuestro cuarto y último entregable (D6.4, previsto para finales de marzo de 2023) tendrá en cuenta la naturaleza de cada fuente (a partir de la identificación preliminar y el trabajo fotométrico del paquete de trabajo 8) y ajustará diferentes modelos espectrales a distintos tipos de fuentes, en función de sus características físicas. Nuestra lista provisional de modelos es una ley de potencia desplazada al rojo, con absorción desplazada al rojo y absorción local fijada en el valor galáctico para Núcleos Galácticos Activos (AGN), una combinación de dos modelos absorbidos correspondientes a gas difuso ionizado por colisión para estrellas «normales», una combinación de una ley de potencia absorbida y un cuerpo negro absorbido para binarias de rayos X (XRB) y un espectro bremsstrahlung absorbido para variables cataclísmicas. El número preliminar de fuentes para las que se dispone de una clasificación y espectros detallados es de ~110000 AGN con corrimientos al rojo fotométricos, ~11000 estrellas «normales», 8700 XRB y unas 2500 CV. A partir de febrero de 2023 se están realizando pruebas exhaustivas y nuestro objetivo es proporcionar ajustes para conjuntos completos de algunas clases a finales de marzo, con ajustes finales para todas las clases poco después.
Además de informes detallados para cada entregable, tenemos previsto escribir un artículo científico para presentar los catálogos y discutir parte de su contenido científico durante 2023.
Paquete de trabajo 7
El paquete de trabajo 7 trata de clasificar las fuentes ultravioletas y ópticas que son detectadas por el Monitor Óptico de XMM-Newton (XMM-OM) que observa en paralelo con las cámaras de rayos X. Nos interesa saber cuáles son las fuentes y si varían o no. Planeamos proporcionar una clasificación automatizada para la mayoría de las fuentes del XMM-OM.
El trabajo realizado durante el primer año se centró en establecer un grupo de entrenamiento: un grupo de fuentes cuyo tipo y propiedades se conocen bien. La principal división de los tipos de fuentes es entre estrellas, galaxias y QSOs. En el caso de las estrellas, los datos clave son el tipo espectral y la luminosidad. Para las galaxias y los QSOs, la información clave es el desplazamiento al rojo, que para el grupo de entrenamiento será obtenido espectroscópicamente.
Para la parte estelar del grupo de entrenamiento, principalmente se ha llevado a cabo una correlación cruzada con los datos de Gaia para identificar las estrellas por su movimiento propio y su paralaje. Gaia es un satélite de la Agencia Espacial Europea para el estudio astrométrico que traza las posiciones y movimientos de las estrellas de nuestra galaxia; para la correlación cruzada se ha utilizado la versión 2 de los datos de Gaia. Para cada OBSID de XMM-Newton, las posiciones de las fuentes de Gaia se han transformado a la época de la observación de XMM-Newton, teniendo en cuenta los movimientos propios de las estrellas medidos por Gaia. La correspondencia con las fuentes de SUSS se lleva a cabo utilizando los paquetes de software Starlink Topcat/Stilts. La paralaje y el movimiento propio se utilizan para identificar las estrellas galácticas, y la paralaje se utiliza para determinar las distancias y, por tanto, las luminosidades. Para la parte extragaláctica del grupo de entrenamiento (cuásares y galaxias), el XMM-SUSS se correlacionó con el Sloan Digital Sky Survey. Las fuentes extragalácticas con desplazamiento al rojo espectroscópico se incorporaron al conjunto de entrenamiento.
Paralelamente a la creación del grupo de entrenamiento, se creó un catálogo aumentado del XMM-SUSS añadiendo al catálogo del SUSS la fotometría óptica e infrarroja procedente de los grandes estudios del cielo de PanSTARRS, Skymapper, UKIDSS, Vista y WISE.
Paquete de trabajo 8:
Los principales objetivos del WP8 son: (1) el desarrollo de un algoritmo de Inteligencia Artificial para la clasificación de las fuentes de 4XMM en varias clases y (2) la estimación de la información fotométrica para la población extragaláctica en el catálogo de 4XMM.
El grupo del IRAP ha trabajado en la clasificación de las fuentes de rayos X. Se ha desarrollado una herramienta de aprendizaje automático que puede clasificar las fuentes entre AGN, binarias de rayos X, variables cataclísmicas y estrellas. La herramienta utiliza la información espectral, la variabilidad y la información fotométrica.
El diseño del algoritmo y los resultados de las pruebas se han presentado en un artículo científico bajo el título «Probabilistic classification of X-ray sources applied to Swift-XRT and XMM-Newton catalogues» (Tranin et al 2022, A&A, 657, 138)
Hemos puesto en marcha un pipeline de datos preliminar para el cálculo del redshift fotométrico basado en MLZ-TPZ (Carrasco Kind & Brunner, 2013). MLZ-TPZ es un algoritmo de aprendizaje automático basado en una técnica supervisada con árboles de predicción y bosques aleatorios. Hemos utilizado una muestra de datos preliminar proporcionada desde el WP2, los productos de cruce para 4XMM-DR10. Este conjunto de datos incluye el cruce de una versión anterior del 4XMM con SDSS-DR12, PanSTARRS-DR1, 2MASS y AllWISE, además de otros catálogos de longitudes de onda múltiples. Aunque el resultado final de esta tarea se basaría en el catálogo final producido por el WP2, su estructura sería muy similar a la de estos catálogos preliminares. Los catálogos adicionales de longitudes de onda múltiples que planeamos utilizar incluyen los catálogos ópticos profundos DESI y LEGACY, así como los catálogos UKIDSS y VHS del infrarrojo cercano.
Paquete de trabajo 9:
El paquete de trabajo 9 desempeña un papel fundamental en el proyecto XMM2ATHENA al demostrar, a través de proyectos científicos específicos ejemplares, el valor de los productos y herramientas científicas desarrollados en otras partes de XMM2ATHENA. Para ello, es necesario, por supuesto, que las versiones maduras de estos productos y herramientas estén disponibles, y por lo tanto las principales actividades de este paquete de trabajo (y los resultados asociados) están programados para las últimas etapas del proyecto.
En el WP9 se han realizado progresos constantes en el último año. Se ha desarrollado un conocimiento detallado de los cuatro proyectos científicos ejemplares de la propuesta XMM2ATHENA, junto con una clara comprensión de los requisitos previos en términos de productos de datos y análisis. La mayoría de los proyectos requieren datos de entregables programados para ser completados al menos 18 meses después de la fecha de inicio del proyecto. Sin embargo, se están dando algunos pasos positivos. El principal de ellos es la publicación del trabajo de Hugo Tranin (Tranin et al.,2022, A&A, en prensa]. Éste constituirá la base del proyecto «New Transients & Flaring Sources». Atenas declaró un gran interés en liderar el proyecto «Función de luminosidad de rayos X de AGN» dada su experiencia en el campo. Los avances en los proyectos «Propiedades espectrales de rayos X de los AGN» y «Enanas blancas binarias compactas» han sido limitados. Las reuniones han puesto de manifiesto que se están investigando otros proyectos que podrían sustituirlos.
Se han investigado formas de llevar a cabo versiones preliminares y reducidas de los proyectos científicos en el «periodo de espera» y también hemos explorado otras ciencias relacionadas para identificar alguna que pueda servir de escaparate a XMM2ATHENA mientras tanto. Estamos construyendo una muestra extragaláctica a partir del catálogo de 4XMM que puede utilizarse como base para trabajar en los recuentos de fuentes y, eventualmente, en la función de luminosidad de rayos X.
El kick-off de este paquete de trabajo resultó ser un valioso foro de debate sobre el trabajo de otros paquetes de trabajo que acabarán alimentando las actividades del paquete 9. Se celebrarán reuniones periódicas para comprobar los progresos realizados por las distintas instituciones en la realización de los proyectos ejemplares. Un posible formato que se está debatiendo es permitir que los grupos que dirigen cada proyecto presenten los avances y los problemas a los que se enfrentan. Esto mejoraría la comunicación dentro de XMM2ATHENA y permitiría la colaboración en la búsqueda de soluciones a los retos. A medida que avancemos hacia los hitos previstos en XMM2ATHENA, tenemos la intención de celebrar reuniones del WP9 con mayor frecuencia.
