Work Package 2:
Ce work package vise à fournir des identifications statistiques multi-longueurs d’onde et des distributions d’énergie spectrale des sources XMM-Newton. Au cours de la première année du projet, nous avons identifié les principaux catalogues d’intérêt de manière à couvrir différentes longueurs d’onde et profondeurs. Pour un sous-ensemble de ces catalogues, nous avons calculé des associations statistiques préliminaires en utilisant l’outil ARCHES. Cet outil calcule la probabilité que des détections dans différents catalogues soient associées à la même source en fonction de leurs positions, des erreurs de position et des densités locales. Pour toutes les associations possibles, nous avons étudié les couleurs et les distributions d’énergie spectrale correspondantes et nous les avons comparées à celles de différentes classes d’objets bien étudiés ainsi qu’aux fausses associations. Pour le sous-ensemble de catalogues sur lequel nous avons travaillé, nous avons constaté qu’une combinaison des couleurs X et infrarouge aide dans la plupart des cas à discerner les sources galactiques et extragalactiques des fausses associations. Nous avons construit un prototype d’outil permettant de calculer la probabilité photométrique d’être une vraie correspondance sur la base d’une corrélation de densité de noyau. Cette méthode combinée à des échantillons d’apprentissage bien définis nous permet de donner une première estimation des associations vraies/fausses d’une manière probabiliste photométrique. Comme prochaines étapes, nous aimerions combiner les vraisemblances photométriques avec les probabilités positionnelles suivant F.-X. Pineau et al 2017 et valider les résultats obtenus. Une fois validés pour le sous-ensemble de catalogues sur lequel nous avons travaillé, nous aimerions étendre l’étude à d’autres catalogues.
Work Package 3:
Le travail s’est concentré sur le développement d’une première version de l’estimateur de sensibilité qui peut renvoyer à la fois les flux et les limites supérieures d’une région des données EPIC de XMM-Newton, la position et la taille de la région étant choisies par l’utilisateur. L’utilisateur peut également spécifier la bande d’énergie, la fiabilité de l’estimation requise et fournir des superpositions (annotées) de la région d’intérêt dans une variété de longueurs d’onde. Pour ce faire, nous nous sommes basés sur un outil antérieur, le Flux Limits from Images from XMM-Newton (FLIX), en l’adaptant pour qu’il fonctionne sur de nouveaux serveurs et en intégrant l’ensemble de la dernière version du catalogue XMM-Newton, 4XMM-DR11 (Webb et al. 2020) pour qu’il fonctionne avec le Sensitivity Estimator. Nous avons donné la priorité à la simplification, à la modernisation et à l’harmonisation de l’interface pour qu’elle ressemble aux autres interfaces XMM-Newton et à la fourniture d’une documentation conviviale. L’outil est désormais accessible à l’adresse suivante : http://flix.irap.omp.eu/
Work Package 4 :
Le « catalogue empilé amélioré », vise une sensibilité optimale aux sources faibles dans les observations superposées. Un nouveau schéma de détection des sources est mis en œuvre pour y parvenir. La première année a été principalement consacrée à la restructuration du logiciel XMM-Newton correspondant. Ses sous-programmes ont été documentés et visualisés avec beaucoup plus de détails que ce qui était disponible jusqu’à présent, ce qui a fourni la base pour les changements de code suivants. Plusieurs routines ont dû être modifiées de manière substantielle pour s’adapter au nouveau schéma, dans lequel le flux de la source est supposé être constant pendant toutes les observations. Cette hypothèse nécessite la connaissance des facteurs de conversion des comptages mesurés, qui dépendent de la configuration instrumentale, en flux astrophysiques. Une grille de facteurs de conversion est en cours de précalcul, et une interface avec le logiciel de détection des sources sera fournie, afin de les évaluer et de les utiliser efficacement pendant le processus d’ajustement. Toutes ces mises à jour du code sont en cours.
D’autres améliorations sont envisagées pour augmenter la qualité des résultats de détection et des paramètres de la source : une astrométrie améliorée, une évaluation de la sensibilité des expositions d’entrée, et une stratégie de tuilage pour paralléliser le traitement de piles très étendues. Les approches respectives ont été étudiées et sont coordonnées avec les mises à jour du code. Les tâches du WP4 sont également étroitement liées à d’autres Work Packages. Par exemple, les flux dérivés pendant la détection des sources sont utilisés pour évaluer la variabilité à long terme par le WP5, et les données du catalogue deviennent une entrée pour l’estimateur de sensibilité du WP3. Des réunions virtuelles et des échanges fréquents de courriels entre les bénéficiaires assurent une coordination efficace des contributions au sein du WP4 et entre les Work Packages, afin de garantir une progression harmonieuse des travaux.
Work Package 5 :
Au cours de la première année du projet, nous nous sommes concentrés sur le développement du logiciel permettant de déterminer la variabilité à long terme et la variabilité à court terme très faible des données EPIC pointées par XMM-Newton. Pour développer la variabilité à long terme, nous avons utilisé cinq catalogues de rayons X en plus des données XMM-Newton afin d’étendre la durée et d’augmenter le nombre de points dans la courbe de lumière. Il s’agit du Chandra Source Catalogue (CSC 2.0, Evans et al.2020 b), du catalogue Swift X-ray Points Source (2SXPS, Evans et al. 2020), du Rosat All Sky survey (2RXS, Boller et al. 2016), du ROSAT pointed survey, du XMM-Newton slew survey (Saxton et al. 2008) et des premières données Erosita (eFEDS, Brunner et al. 2021), que nous avons complétées par des limites supérieures XMM-Newton à l’aide de RapidXMM (Ruiz et al. 2022). Pour ce faire, nous avons développé un algorithme basé sur la méthode d’appariement décrite dans Salvato et al. (2018). Nous avons identifié la ou les meilleures bandes de rayons X à comparer et le modèle spectral à utiliser pour déterminer les flux, afin de créer des comparaisons fiables, ainsi que les critères idéaux pour déterminer la variabilité. A partir d’une étude pilote sur deux mois de données, nous avons déterminé le nombre et le type d’alertes attendues. Nous avons également étendu cette recherche pour sonder la variabilité spectrale et la variabilité dans les données optiques/UV du télescope OM à bord de XMM-Newton.
Pour rechercher la variabilité faible et à court terme, nous nous sommes appuyés sur le travail préliminaire développé et publié dans Pastor-Marazuela et al. (2020) sur l’algorithme du détecteur d’éruption EPIC-pn XMM-Newton (EXOD). L’algorithme peut maintenant être appliqué aux détecteurs MOS et à tous les modes des détecteurs EPIC. Des améliorations ont été apportées à l’algorithme déterminant la position de la source variable et un travail a été effectué pour exclure les régions des détecteurs affectées par des sources très brillantes, qui peuvent conduire à de fausses détections. Nous avons effectué des tests préliminaires sur l’algorithme amélioré, en le comparant aux travaux précédents. Nous avons également montré que le code est capable de détecter une variabilité très importante des sources les plus brillantes. Bien que ces sources soient détectées par le pipeline XMM-Newton, la variabilité n’a pas été identifiée en utilisant les algorithmes actuels du pipeline. C’est un résultat supplémentaire de ce travail. Le code a été parallélisé pour lui permettre de s’exécuter plus rapidement sur le grand volume de données disponibles et nous avons commencé à effectuer des analyses sur toutes les observations de XMM-Newton.
Work Package 6:
Cet ensemble de travaux vise à fournir des caractérisations spectrales pour plusieurs sous-échantillons de sources XMM-Newton fortuites, en tirant parti de leurs spectres de rayons X, automatiquement extraits lors du traitement en pipeline de tous les produits XMM-Newton.
Pour la caractérisation spectrale, nous avons utilisé une méthode d’ajustement bayésienne sophistiquée (BXA) avec une exploration approfondie de l’espace des paramètres. Comme modèle de référence, nous utilisons un powerlaw, absorbé par un gaz froid. D’autres modèles, tels qu’un corps noir absorbé et un bremstrahlung thermique, sont également à l’étude.
Le travail est structuré en plusieurs étapes progressives, chacune s’appuyant sur l’étape précédente, sur l’expertise accumulée par les participants et sur les connaissances supplémentaires acquises lors de l’étape précédente. La fin de chaque étape est marquée par un livrable.
Le premier livrable (fin 2021) était un catalogue d’ajustements spectraux aux spectres des détections individuelles de sources de rayons X dans 4XMM DR11, après application de certains filtres de qualité, conçus pour garantir que les résultats sont fiables et significatifs. Nous avons obtenu des ajustements pour 97% des détections avec des spectres extraits, dont 75% (plus de 230000 sources) sont considérés de qualité acceptable. Pour chaque ajustement, nous fournissons les valeurs des paramètres de meilleur ajustement, ainsi que les estimations de l’intervalle de confiance à 90%.
Beaucoup de ces détections correspondent à des observations répétées de la même source physique. Nous souhaitons tirer profit de l’augmentation correspondante du signal en fournissant, dans un second livrable (prévu pour fin avril 2022), des ajustements aux spectres fusionnés de toutes les observations de la même source physique (plus de 30 000 sources après filtrage). À la fin de cette période de rapport, les ajustements étaient terminés (à la fois pour un modèle de puissance absorbée et pour un modèle de corps noir absorbé) et les contrôles de qualité étaient en bonne voie, sans que l’on s’attende à des retards significatifs dans le livrable.
Work Package 7 :
Le WP7 concerne la classification des sources ultraviolettes et optiques détectées par le moniteur optique XMM-Newton (XMM-OM) qui observe en parallèle avec les caméras à rayons X. Nous nous intéressons à la nature de ces sources et à leur variation éventuelle. Nous prévoyons de fournir une classification automatique pour la majorité des sources XMM-OM.
Le travail effectué au cours de la première année s’est concentré sur l’établissement de l’ensemble d’entraînement : un groupe de sources dont le type et les propriétés sont bien compris. La division principale des types de sources est entre les étoiles, les galaxies et les QSOs. Pour les étoiles, les informations clés sont le type spectral et la luminosité. Pour les galaxies et les QSOs, l’information clé est le décalage vers le rouge, qui pour l’ensemble d’entraînement sera dérivé de la spectroscopie.
Pour le contenu stellaire de l’ensemble d’entraînement, la principale activité a été une corrélation croisée complète de l’ensemble de données avec Gaia pour identifier les étoiles par mouvement propre et parallaxe. Gaia est un satellite d’étude astrométrique de l’Agence spatiale européenne qui cartographie les positions et les mouvements des étoiles dans notre galaxie ; la version 2 des données Gaia a été utilisée pour la corrélation croisée. Pour chaque OBSID XMM-Newton, les positions des sources Gaia ont été transformées à l’époque de l’observation XMM-Newton, en tenant compte des mouvements propres des étoiles tels que mesurés par Gaia. La correspondance avec les sources SUSS est effectuée à l’aide des logiciels Starlink Topcat/Stilts. La parallaxe et le mouvement propre sont utilisés pour identifier les étoiles galactiques, et la parallaxe est utilisée pour déterminer les distances et donc les luminosités. Pour la partie extragalactique de l’ensemble d’entraînement (quasars et galaxies), le XMM-SUSS a été corrélé avec le Sloan Digital Sky Survey. Les sources extragalactiques avec des décalages vers le rouge spectroscopiques ont été incorporées dans l’ensemble d’entraînement.
Parallèlement à la création de l’ensemble d’entraînement, un catalogue XMM-SUSS augmenté a été créé en ajoutant au catalogue SUSS la photométrie optique et infrarouge provenant des grands relevés du ciel de PanSTARRS, Skymapper, UKIDSS, Vista et WISE.
Work Package 8 :
Les principaux objectifs du WP8 sont : (1) le développement d’un algorithme d’intelligence artificielle pour la classification des sources 4XMM dans différentes classes et (2) l’estimation de l’information photométrique pour la population extragalactique dans le catalogue 4XMM.
Le groupe de l’IRAP a travaillé sur la classification des sources de rayons X. Un outil d’apprentissage automatique a été développé. Un outil d’apprentissage automatique a été développé pour classer les sources parmi les AGN, les binaires X, les variables cataclysmiques et les étoiles. L’outil utilise l’information spectrale, la variabilité ainsi que l’information photométrique.
La conception de l’algorithme et les résultats des tests ont été présentés dans un article scientifique intitulé « Probabilistic classification of X-ray sources applied to Swift-XRT and XMM-Newton catalogues » (Tranin et al 2022, A&A, 657, 138).
Nous avons mis en place un pipeline de données préliminaire pour le calcul du redshift photométrique basé sur MLZ-TPZ (Carrasco Kind & Brunner, 2013). MLZ-TPZ est un algorithme d’apprentissage automatique basé sur une technique supervisée avec des arbres de prédiction et une forêt aléatoire. Nous avons utilisé un échantillon de données préliminaire fourni par le WP2, les produits de croisement pour 4XMM-DR10. Ce jeu de données comprend le croisement d’une version antérieure du 4XMM avec SDSS-DR12, PanSTARRS-DR1, 2MASS et AllWISE, ainsi que plusieurs autres catalogues multi-longueurs d’onde. Bien que le résultat final de cette tâche soit basé sur le catalogue final produit par le WP2, sa structure serait très similaire à ces catalogues préliminaires. Les autres catalogues multi-longueurs d’onde que nous prévoyons d’utiliser comprennent les catalogues optiques profonds DESI et LEGACY, ainsi que les catalogues UKIDSS et VHS near-IR.
Work Package 9 :
Le work package 9 joue un rôle clé dans le projet XMM2ATHENA en démontrant, par des projets scientifiques spécifiques types, la valeur des produits et outils scientifiques développés ailleurs dans XMM2ATHENA. Pour ce faire, il est bien sûr nécessaire que des versions matures de ces produits et outils soient disponibles, et donc les principales activités de ce work package (et les livrables associés) sont prévues pour les étapes ultérieures du projet.
Des progrès constants ont été réalisés dans le WP9 au cours de l’année dernière. Une compréhension détaillée a été développée des quatre projets scientifiques de référence dans la proposition XMM2ATHENA, associée à une compréhension claire des conditions préalables en termes de produits de données et d’analyses. La plupart des projets exigent des données provenant de produits livrables dont l’achèvement est prévu au moins 18 mois après la date de début du projet. Toutefois, certaines mesures positives ont été prises. La principale d’entre elles est la publication de l’article d’Hugo Tranin (Tranin et al.,2022, A&A, sous presse]. Cet article constituera la base du projet « New Transients & Flaring Sources ». Athènes s’est déclaré très intéressé à diriger le projet « Fonction de luminosité des rayons X des AGN », étant donné son expertise dans ce domaine. Les projets « Propriétés spectrales des AGN en rayons X » et « Naines blanches binaires compactes » ont peu progressé. Les discussions ont mis en évidence d’autres projets en cours d’investigation qui pourraient servir de substitut.
Nous avons étudié les moyens de poursuivre des versions préliminaires et réduites des projets scientifiques pendant la « période d’attente » et nous avons également exploré d’autres sciences connexes afin d’identifier celles qui pourraient mettre en valeur XMM2ATHENA dans l’intervalle. Nous sommes en train de construire un échantillon extragalactique à partir du catalogue 4XMM qui peut être utilisé comme base pour le travail sur les comptes de sources et, éventuellement, la fonction de luminosité des rayons X.
La réunion de lancement de ce WP s’est avérée être un forum précieux pour discuter des travaux des autres WP qui alimenteront éventuellement les activités du WP9. Des réunions périodiques seront organisées pour vérifier les progrès réalisés par les différentes institutions dans la réalisation des projets exemplaires. Un format possible en cours de discussion est de permettre aux groupes dirigeant chaque projet de présenter les progrès et les problèmes rencontrés. Cela permettrait d’améliorer la communication au sein de XMM2ATHENA et de collaborer à la recherche de solutions aux problèmes. Au fur et à mesure que nous nous rapprochons des étapes planifiées de XMM2ATHENA, nous avons l’intention de tenir des réunions du WP9 plus fréquemment.