[論文レビュー] Improvements to Pan-STARRS1 Astrometry: II. Corrections for Differential Chromatic Refraction

R. L. White, Stephen H. Lubow+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 8被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、ガイヤ EDR3 を基準カタログとして用い、微分的色散屈折（DCR）の反復補正を組み合わせることで、Pan-STARRS1 DR2 の位置決めを改善し、g−i 色が 0 から 4.5 の間の対象物において、系統的誤差を 1 マイリ秒未塔に低減した。この手法により、ガイヤ EDR3 を用いることで約 3%、DCR 補正を追加することでさらに約 5% の位置決め誤差低減が達成され、青色または遠方の対象物では最大 30% の改善が得られ、ガイヤ星が少ない分野における微弱で密集した、または青色の対象物の位置決め精度が顕著に向上した。

ABSTRACT

In a previous paper, we applied the Gaia DR2 catalog to improve the astrometric accuracy of about 1.7 billion objects in Pan-STARRS1 Data Release 2 (PS1 DR2). We report here on further improvements made by utilizing Gaia EDR3 and correcting for the effects of differential chromatic refraction (DCR) in declination. We extend the correction algorithm in Paper 1 by iteratively subtracting color- and declination-dependent PS1/Gaia EDR3 declination residuals. We determine the astrometric improvement for ~440 million reference objects that are point-like and cross-match to Gaia EDR3. For this set of objects, Gaia EDR3 provides a ~3% improvement in PS1 astrometry over Gaia DR2, and DCR corrections provide an additional ~5% improvement. DCR corrections increase substantially for objects observed away from the zenith. DCR corrections lead to an astrometric improvement of ~30% for blue objects (0<g-i<1) that are 50{\deg} away from the zenith. The amplitude of systematic astrometric errors from these effects is substantially reduced to less than 1 mas for objects with PS1 colors in the range 0 < g-i < 4.5, which makes this a useful astrometric reference catalog in fields where there are few Gaia stars. The improved astrometric data will be available through the Mikulski Archive for Space Telescopes PS1 catalog interfaces.

研究の動機と目的

• 大気分散に起因する歪みを引き起こす微分的色散屈折（DCR）の補正により、Pan-STARRS1 DR2 の系統的位置決め誤差を低減すること。
• より高精度なガイヤ EDR3 カタログを活用することで、以前のガイヤ DR2 を基盤とする補正を超える位置決め精度の向上を図ること。
• 特に微弱または青色の対象物において、ガイヤ星が少ない分野でも PS1 を信頼できる位置決め基準として利用可能にするための支援。
• DCR の影響を PS1 の位置に反映させつつガイヤ EDR3 の基準位置と整合性を保つ反復補正アルゴリズムの開発と適用。

提案手法

• 補正アルゴリズムは、点状のクロスマッチド基準対象物（n ≈ 4.4 億）の PS1/Gaia EDR3 の赤緯残差を、ガイヤ EDR3 を基準として計算する。
• DCR を、赤経および赤緯における色および赤緯依存のずれとしてモデル化し、屈折効果が強いことから主に赤緯に注目する。
• 反復スキーム（9 ステップ）を適用：各ステップで累積的に DCR 補正済みの PS1 位置を用いて、近隣の平均ずれ補正を再計算し、残差バイアスを低減する。
• DCR 補正をガイヤ EDR3 を用いた絶対補正として適用し、従来の 2MASS を基盤とする相対的色依存性を避ける。
• 各赤緯ストライプごとに残差を分析し、PS1 のスタックおよび検出テーブルを用いたデータベースシステムで補正を適用する。
• アルゴリズムは位置と固有運動の両方を補正し、空間的に相関する残差を最小化するための反復的精練を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガイヤ DR2 ではなくガイヤ EDR3 を用いることで、PS1 の位置決め精度はどの程度向上するか？
• RQ2 DCR 補正は、特に天頂から離れた対象物において、PS1 の系統的位置決め誤差をどの程度低減するか？
• RQ3 DCR は青色対象と赤色対象にどのような影響を及ぼし、赤緯および空気質量にどのように依存するか？
• RQ4 反復的 DCR 補正により、g−i 色が 0 から 4.5 の間の対象物の残差誤差を 1 マイリ秒未塔に低減できるか？
• RQ5 ガイヤ星が少ない地域において、補正済みの PS1 位置はガイヤ EDR3 とどの程度の精度で一致するか？

主な発見

• ガイヤ EDR3 を用いることで、4.4 億の基準対象物において、PS1 の位置決め精度がガイヤ DR2 より約 3% 向上した。
• DCR 補正により、基準サンプル全体の位置決め精度がさらに約 5% 向上した。
• 天頂から 50° 離れた青色対象物（0 < g−i < 1）では、DCR 補正により位置決め精度が最大で約 30% 向上した。
• PS1 色が 0 < g−i < 4.5 の範囲にある対象物では、系統的位置決め誤差が 1 マイリ秒未塔に低減された。
• 赤経および赤緯の両方において、極端な色を持つ星に対しても残差バイアスが 1 マイリ秒未塔にとどまり、補正後の高精度が裏付けられた。
• 向上した位置決めカタログは、MAST の CasJobs およびカタログインターフェースを通じて公開され、ガイヤ星が少ない分野における高精度応用が可能になる。