基于极大视场多波段巡天的时域天文学前沿研究

Time-domain Astronomy is a very important research area of astronomy that is growing up rapidly in recent years, which includes the detection and study of different kinds of explosive events on stellar and galactic scale, e.g., supernova, GRBs, cataclysmic variables, active galactic nucleis, and tidal disruption event etc. Comphrehensive understanding of the physics of these explosive phenomena is one of the frontier of astrophysics, and their early detection data can provide essential clues to the nature of these explosions. Based on our large-field, multi-tube telescopes, we plan to perform observations of high-resolution suveys, and this will lead to discovery of large amount of transients (including supernovae) and the multi-color light curves will be obtained simultaneously. These data can help solve the issue about the companion star of SN Ia progenitors and add our knowledge of physics of some special or unknown stellar transients; while the data on temporal variability of galactic center will help understand the accretion physics of central blackhole of different types of galaxies and its correlation with the nature of the host galaxies. The multi-band survey data will be released to astonomers at home and abroad regularly.

时域天文学是近年来兴起的一个非常重要的天文学研究方向，它包含对宇宙各类恒星和星系尺度的爆发事件的探测和研究, 如超新星、伽玛射线暴、激变变星、活动星系核以及黑洞潮汐瓦解事件等。深入理解这些爆发现象内在物理过程是当前天体物理的前沿研究领域之一，爆发初期的观测数据能为揭示其中一些爆发的性质和起源提供关键线索。基于多镜筒大视场望远镜观测系统和国内已有巡天光侧平台我们拟开展高时间分辨率的多色时域巡天观测研究，预计将能发现包括超新星在内的大量处于爆发初态的暂现天体，并同时能获得它们的多波段测光数据。这些观测资料将能部分回答关于Ia型超新星前身星伴星性质的问题以及增加我们对一些特殊或者未知的恒星爆发物理的认识； 而星系中心的连续时变数据将有助于了解不同类型星系中心黑洞吸积物理以及与星系本身性质的关联。 多色巡天数据将定期释放，供国内外天文学家使用。

本项目基于国内宽视场巡天观测设备开展时域天文学前沿课题的研究，主要包括各类超新星、特殊高能暂现源以及短时标变源的探测和研究。具体拟开展课题包括：1) 探测1天之内爆发的超新星，限制其爆发物理和前身星性质；2)发现和研究一批特殊类型的超新星；3)建立下一代超新星样本，开展宇宙学研究；4)其它暂现源的搜索和研究；5)大样本活动星系核多色光变研究以及测光反响映射方法测量星系中心黑洞质量。需指出的是项目开展所依托的设备之一清华大学多镜筒望远镜，由于德方望远镜交付延期等原因比计划工作的时间晚了2年半，这给任务书中原第5条的实施带来了困难。此外，由于多镜筒望远镜与lamost望远镜位于同台址且具视场大小接近，与lamost开展协同观测具有更重要的意义。鉴于以上原因，在项目中期我们将项目任务中研究任务5)的课题研究调整为“与lamost中分辨率时域巡天进行配合，为双星和变星研究提供重要测光数据”。该调整也得到了专家组的一致同意和认可。. 在项目执行期间按进度开展了上述研究，主要成果概述如下：1) 获得了一批Ia超新星及核塌缩超新星爆发1-2天之内的辐射信号，为前身星性质诊断提供了重要的新的观测依据; 2) 基于课题组主导的巡天及观测，发现和研究了若干特殊性质的超新星爆发事件，包括特殊的低光度Ia超新星、多次死亡的II型超新星以及相互作用超新星, 这些发现对当前超新星爆发模型和能源机制提出了挑战; 3) 利用清华大学80公分望远镜及丽江2.4米望远镜累计获得了约150颗较高质量的Ia超新星多色光变曲线数据，以及基于该样本的哈勃图，为哈勃常数及其它宇宙学参数的精确测定提供了重要样本; 4) 开展了引力波电磁对应体的搜寻并参与捕获首例双中子星并合产生的电磁辐射信号，观测研究了快速蓝色演化暂现源并限制其可能起源于相互作用超新星；5) 利用清华大学多镜筒望远镜对近300个lamost天区进行了平均6-7小时的高时间分辨的持续观测，发现了一批极短时标的变星（如盾牌座变星）及掩时双星样本, 结合lamost光谱数据为恒星演化研究提供了重要数据。项目执行期间已经发表及接受与项目相关的SCI论文85篇，其中ApJ/ApJS/ApJL 45篇，MNRAS 26篇，A&A 7篇，Nature 2篇。