[論文レビュー] Dark Energy Survey Year 3 Results: Deep Field Optical + Near-Infrared Images and Catalogue

W G Hartley, A. Choi+116 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 132被引用数 67

ひとこと要約

本論文は、DECamとVISTAの合成画像を用いて、4つの高深度フィールドで合計5.88平方度にわたる280万個の源をカバーする多波長（𝑢𝑔𝑟𝑖𝑧𝐽𝐻𝐾𝑠）カタログを提示する。このカタログは、ダークエネルギー調査Y3のディープフィールドとして開発されたもので、新しいモデルフィッティング光度測定パイプラインを用い、PSFの厳密な制御と一貫性のある天体測定を実現した。その結果、弱引力レンズおよび銀河クラスタリング解析のための高精度な宇宙論的校正が可能となり、特に𝑖 < 23の領域でNMAD = 0.023という優れた光度赤方偏移性能を達成した。

ABSTRACT

We describe the Dark Energy Survey (DES) Deep Fields, a set of images and associated multi-wavelength catalogue ($ugrizJHKs$) built from Dark Energy Camera (DECam) and Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (VISTA) data. The DES Deep Fields comprise 11 fields (10 DES supernova fields plus COSMOS), with a total area of $\sim30~$ square degrees in $ugriz$ bands and reaching a maximum $i$-band depth of 26.75 (AB, $10\sigma$, 2 arcsec). We present a catalogue for the DES 3-year cosmology analysis of those four fields with full 8-band coverage, totalling $5.88~$ sq. deg. after masking. Numbering $2.8~$million objects ($1.6~$million post masking), our catalogue is drawn from images coadded to consistent depths of $r=25.7, i=25, z=24.3$ mag. We use a new model-fitting code, built upon established methods, to deblend sources and ensure consistent colours across the $u$-band to $Ks$-band wavelength range. We further detail the tight control we maintain over the point-spread function modelling required for the model fitting, astrometry and consistency of photometry between the four fields. The catalogue allows us to perform a careful star-galaxy separation and produces excellent photometric redshift performance (${ m NMAD} = 0.023$ at $i<23$). The Deep-Fields catalogue will be made available as part of the cosmology data products release, following the completion of the DES 3-year weak lensing and galaxy clustering cosmology work.

研究の動機と目的

• DES Y3解析における宇宙論的校正を目的として、合成された光学および近赤外画像から高忠実度の多波長カタログを構築すること。
• ディープフィールド全体にわたる光度測定、天体測定、PSFモデル化における系統的不確実性を最小限に抑えることで、弱引力レンズおよび銀河クラスタリング測定の高精度化を実現すること。
• 𝑢帯から𝐾𝑠帯までの一貫した深さとPSF制御を備えたモデルフィッティングパイプラインを用いて、強固な星・銀河分離と高精度な光度赤方偏移を達成すること。
• 将来的な宇宙論的解析を支援するため、主調査を上回るカバー範囲と深さを有するレガシーデータ製品を提供すること。

提案手法

• 11のフィールドでDES DECam（𝑢𝑔𝑟𝑖𝑧）およびVISTA（𝐽𝐻𝐾𝑠）の合成ディープイメージングを実施し、そのうち4つのフィールドで8バンド完全カバレッジを達成した。
• 既存手法に基づく新しいモデルフィッティング光度測定コードを適用し、源の分離と全波長範囲にわたる一貫性のある色の測定を実現した。
• 光度測定およびスケア測定における系統的誤差を最小限に抑えるために、0.1′′未満の精度でPSFモデリングを実装した。
• 天体測定および画像合成のキャリブレーションにSCAMPおよびSWarpを用い、全フィールドにわたる一貫性のある天体測定を確保した。
• 弱引力レンズパイプラインにおけるスケア測定精度の向上を図るため、データ駆動型の銀河光分布の事前分布を導入した。
• NMAD指標を用いた光度赤方偏移性能の妥当性評価を行い、𝑖 < 23の領域で0.023の結果を得た。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光学から近赤外までの多波長イメージングをどのように合成・キャリブレーションすることで、系統的誤差を最小限に抑えつつ、ディープフィールド全体にわたる一貫性のある光度測定を達成できるか？
• RQ2 一貫性のあるPSF制御を備えた深さのある多バンド調査において、モデルフィッティング光度測定を用いることで、どの程度の光度赤方偏移精度が達成可能か？
• RQ3 近赤外データの統合が、高赤方偏移宇宙論的研究における銀河カタログおよび光度赤方偏移の忠実性をどの程度向上させるか？
• RQ4 ディープフィールドカタログが、主DES調査における弱引力レンズおよびクラスタリング測定のキャリブレーションリファレンスとしてどの程度有効に機能するか？
• RQ5 光度測定の一貫性を保ちながら、ディープフィールドをより広範囲かつより深く拡張する最適な戦略は何か？

主な発見

• カタログには280万個の源が含まれており（マスキング後160万個）、𝑟 = 25.7、𝑖 = 25.0、𝑧 = 24.3 magの一致した深さで、𝑢𝑔𝑟𝑖𝑧𝐽𝐻𝐾𝑠の8バンド完全カバレッジが5.88平方度にわたって実現された。
• 光度赤方偏移性能は𝑖 < 23の領域でNMAD = 0.023に達し、赤方偏移推定の高忠実性を示した。
• PSFモデリングはきわめて厳密に制御されており、𝑟𝑖𝑧バンドで0.1′′未満の精度を達成した。これは弱引力レンズスケア測定にとって極めて重要である。
• モデルフィッティングパイプラインにより、𝑢帯から𝐾𝑠帯までの範囲で一貫した分離と色測定が可能となり、光度測定の系統的誤差が低減された。
• カタログは、高次元自己組織化マップ（SOM）およびトランスファーファンクションキャリブレーションを提供することで、DES Y3宇宙論解析を支援した。
• データはDES宇宙論データ製品の一部として公開されており、今後はより深い合成画像および追加のSNフィールドの追加が計画されている。