AstroSequence Explorer: software per trovare variabili nelle fotografie astronomiche

Questa è la prima versione pubblica di AstroSequence Explorer, un'applicazione con interfaccia grafica per la fotometria astronomica semi-automatica di serie temporali a campo intero.

AstroSequence Explorer è progettato per gli astrofotografi che desiderano esplorare il contenuto scientifico delle proprie sequenze di immagini cercando stelle variabili, binarie a eclisse e persino esopianeti in transito, con la semplice pressione di tre pulsanti.

Cosa è AstroSequence Explorer

AstroSequence Explorer ha solo bisogno di una serie di scatti dello stesso campo ottenuti nel corso di una notte, calibrati con dark, bias e flat e allineati. A tutto il resto ci pensa il programma in modo automatico!

AstroSequence Explorer trasforma una sequenza di immagini astronomiche calibrate e allineate in centinaia o migliaia di curve di luce di tutte le stelle presenti nel campo per cercare qualsiasi segno di variabilità, dalle binarie a eclisse fino ai pianeti extrasolari.

Invece di misurare la luminosità di una stella alla volta in modo manuale, AstroSequence Explorer esegue la fotometria d'apertura automatica di tutte le sorgenti puntiformi trovate entro l'intervallo di linearità del sensore. Le curve di luce create vengono poi analizzate da due algoritmi differenti, uno basato su condizioni fisiche e l'altro su un modello di machine learning (ML) per evidenziare le migliori candidate che mostrano segni di variabilità nell'arco temporale coperto dalla sequenza.

Le migliori candidate variabili trovate dal programma vengono confrontate automaticamente con i cataloghi stellari GAIA, GAIA variability e l'International Variable Star Index (VSX) per capire se si tratta di stelle già conosciute o di possibili nuove variabili ancora non scoperte.

Le migliori candidate che non hanno un riscontro in VSX e GAIA variability possono venir controllate automaticamente poi con i maggiori database attualmente disponibili: SIMBAD, ASAS-SN variables, ZTF periodic variables, ATLAS variables, GCVS/NSV per rendere la ricerca ancora più profonda. Se la stella non compare in nessuno dei cataloghi è probabile che si tratti di una nuova variabile: congratulazioni per la possibile scoperta!

Scarica e installa AstroSequence Explorer

AstroSequence Explorer è completamente gratuito. Scritto in Python, può essere installato su ogni computer e sistema operativo via pip install astrosequence-explorer, per chi usa Python.

In alternativa, per sistemi Windows basta scaricare il file allegato, scompattarlo e installarlo.

Il codice sorgente è disponibile sulla mia pagina GitHub qui.

Come impostare AstroSequence Explorer

Per funzionare al massimo delle proprie possibilità, AstroSequence Explorer ha bisogno di un paio di programmi e files ausiliari che vi consiglio di installare:

• ASTAP e catalogo stellare, almeno D50. Per chi fa astrofotografia, probabilmente questo software non è una novità. ASTAP è un programma per fare il cosiddetto plate-solving direttamente sul proprio computer. Il plate solving è importante perché collega le coordinate equatoriali alle nostre immagini e questo permette il confronto con i cataloghi di stelle variabili. ASTAP è gratuito, e si può scaricare da qui. Nella stessa pagina si può scaricare il catalogo stellare. Il consiglio è il D50 o superiore. Prima si scarica e si installa ASTAP, poi il catalogo.
• Catalogo VSX. Il VSX è uno dei più grandi cataloghi di stelle variabili, curato e aggiornato da AAVSO. AstroSequence Explorer può interrogare il VSX anche online via VizieR, ma spesso il server è lento e poco affidabile. Il mio consiglio è di scaricare il catalogo sul proprio computer (circa 2 GB) e poi selezionare il suo percorso da AstroSequence Explorer. Il catalogo si scarica in questa pagina. Bisogna selezionare la scheda FTP, poi il file vsx.dat, ma in formato fits (cliccare su "fits" nella riga corrispondente al file vsx.dat).

Come usare AstroSequence Explorer

Qui arriva la parte divertente.

Ci sono quattro operazioni da fare per analizzare una sequenza:

1. Individuare la sequenza selezionando la cartella dove sono contenuti i file fits già calibrati e allineati e caricarla
2. Premere il tasto "Set automatic parameters" e aspettare che l'analisi preliminare termini. A questo punto;
3. Attivare il Plate Solving e il Match GAIA and VSX catalogs after analysis, se abbiamo già installato ASTAP, il catalogo stellare e magari anche scaricato il catalogo VSX.
4. Premere "Run full analysis" e aspettare che il programma faccia la magia. Ci potrebbero volere diversi minuti, a seconda di quante stelle ci sono nel campo.

Alla fine dell'analisi si aprirà automaticamente la scheda "Candidate review" dove vedrete le 100 stelle più interessanti trovate. Evidenziate in verde ci sono quelle che il programma pensa essere stelle variabili. Una volta che il match con GAIA e VSX sarà terminato (procede in background), potrete vedere le informazioni anche nelle colonne Gaia g-mag, Known variable, Gaia var e VSX.

Un esempio pratico

Se non avete a disposizione una sequenza, non c'è problema, vi metto a disposizione i miei dati per fare pratica.

• Scaricate la sequenza che ho ottenuto seguendo il transito del pianeta extrasolare KELT-10b con il mio Newton da 200mm e camera ASI 2600MC, estraendo solo il canale verde. Questa sequenza è stata già calibrata e allineata usando l'altro mio software ExoPhotoCurve.
• Estraete i file in una cartella
• Aprite AstroSequence Explorer e cliccate su "Browse" in alto a destra e selezionate la cartella dove si trovano i file fits.
• Cliccate "Load Sequence"
• Cliccate il pulsante "Set automatic parameters" e aspettate che il pulsante "Run full analysis" si attivi
• Attivate Plate solving e match Gaia e VSX
• Solo la prima volta: Selezionate l'eseguibile di ASTAP attraverso il pulsante "Browse" vicino all'opzione "Plate solving with ASTAP". Dovete selezionare il file astap_cli.exe, di solito nella cartella Program Files\astap (è lo stesso procedimento che si deve fare con il software N.I.N.A.)
• Solo la prima volta: Selezionate il catalogo VSX sul vostro computer con il pulsante "Set local VSX". Questa operazione si dovrà fare solo la prima volta. Il file VSX scaricato ha un nome simile a questo: "B_vsx_vsx.dat.fits".
• Premete "Run full analysis" e aspettate tra i 5 e i 10 minuti.

Alla fine del processo dovreste vedere una schermata simille alla seguente:

Con ASTAP e VSX avrete a disposizione anche le magnitudini delle stelle e se sono o meno presenti nei cataloghi GAIA variability e VSX.

Qualche consiglio molto utile per interpretare i dati

Se una stella che sembra variabile non è stata trovata in GAIA e VSX, non significa automaticamente che non sia stata ancora scoperta. A tal proposito, guardate la prima candidata nella lista, che non ha né GAIA e né VSX, eppure mostra una variabilità molto marcata. Questa è sicuramente una stella promettente ma dobbiamo fare una ricerca più approfondita per capire se è conosciuta o meno. Selezionatela nella lista, poi cliccate con il tasto destro del mouse e selezionate "Deep catalog search". Aspettate qualche secondo e alla fine AstroSequence Explorer aprirà un popup con il responso dopo aver cercato in tutti i principali cataloghi di stelle variabili. In questo caso specifico, il verdetto sarà il seguente:

Questa stella è già conosciuta e catalogata in SIMBAD:

SIMBAD: TYC 8374-593-1; sep=1.56"; type=*; ids=TIC 143657417|Gaia DR3 6662503528990192256|TYC 8374-593-1|2MASS J19004660-4649388|Gaia DR1 6662503524691087744|Gaia DR2 6662503528990192256

Non abbiamo fatto una nuova scoperta. Magari saremo più fortunati la prossima volta.

Importantissimo: se trovate una curva di luce che mostra variabilità e non c'è traccia di questa stella in nessun catalogo, non significa automaticamente che avete scoperto una nuova variabile, ma solo che avete una candidata interessante. Annotate le coordinate, cercate manualmente nei cataloghi e, soprattutto, dovrete programmare almeno un'altra sessione fotometrica per confermare la sua variabilità. Errori di guida, d'inseguimento, di calibrazione, nuvole, inquinamento luminoso e molte altre cose possono introdurre del rumore e mostrare curve di luce variabili quando invece non lo sono. La possibilità di prendere un abbaglio è dunque sempre presente. Ripetere le osservazioni per avere una conferma è fondamentale!

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