[論文レビュー] LOFAR: Early imaging results from commissioning for Cygnus A

J. P. McKean, Louise Ker+20 more|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 2011

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、LOFARの導入段階における初期画像化結果を提示しており、部分的に展開されたアレイを用いて239 MHzでサイリウスAの高感度・高ダイナミックレンジの画像を生成する能力を示している。均等重み付け画像は、解像されたホットスポットを有する二重ラobe構造を明らかにし、約3340のダイナミックレンジを達成した。これは、完全に展開されていない状態でもLOFARが深紫外線周波数サーベイに適していることを確認するものである。

ABSTRACT

The Low Frequency Array (LOFAR) will operate between 10 and 250 MHz, and will observe the low frequency Universe to an unprecedented sensitivity and angular resolution. The construction and commissioning of LOFAR is well underway, with over 27 of the Dutch stations and five International stations routinely performing both single-station and interferometric observations over the frequency range that LOFAR is anticipated to operate at. Here, we summarize the capabilities of LOFAR and report on some of the early commissioning imaging of Cygnus A.

研究の動機と目的

• 低周波数アレイ（LOFAR）の導入段階における画像化能力を示すこと。
• サイリウスAのような明るくよく知られた電波源におけるLOFARの性能を検証すること。
• 深紫外線周波数サーベイに適したアンテナアレイ技術の実現可能性を評価すること。
• 高ダイナミックレンジを有する広視野データに対して、キャリブレーションおよび画像化パイプラインの性能を評価すること。
• 完全に展開されたLOFARアレイにおける将来的な科学運用のベンチマークを提供すること。

提案手法

• 20のコアステーション、7つのリモートステーション、5つの国際ステーションを有する部分的に展開されたアレイを用いて、サイリウスAのLOFAR観測が実施された。
• RFI低減、データ圧縮、方向依存ゲインを用いたキャリブレーション、自己キャリブレーションを含むパイプラインを通じてデータ処理が行われた。
• 画像化には、ダイナミックレンジを最適化するために均等重み付けを適用したdifmapソフトウェアが使用された。
• 可視性データは約6,700個のクリーンコンポーネントのモデルを用いてキャリブレーションされたが、今後はシェープレットベースの源モデリングを採用する予定である。
• 正確なキャリブレーションと画像化を確保するため、uvカバレッジおよびビームモデリングを慎重に分析した。
• 74–327 MHzのVLA測定値からの既知のスペクトル指数を用いて、ゼロスパッティングの電波強度を6,740 Jyと推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 部分的に展開されたアレイを用いて、LOFARはサイリウスAのような明るい銀河系外電波源に対して高ダイナミックレンジの画像を生成できるか？
• RQ2 同程度の周波数帯域において、LOFARの画像化性能はVLAなどの既存機器と比べてどうか？
• RQ3 複雑なビームパターンを有するアンテナアレイシステムから得られる広帯域・広視野データのキャリブレーションにおいて、どのような課題が生じるか？
• RQ4 大容量データに対して、リアルタイムでのRFI低減およびデータ圧縮を効果的に管理できるか？
• RQ5 LOFARの画像化パイプラインは、uv平面上を支配する強力で明るい源をどの程度うまく処理できるか？

主な発見

• 239 MHzにおけるLOFARの均等重み付け画像は、ラーブ内の急勾配スペクトルのホットスポットおよびカウンターラーブを明確に解像し、二重ラーブ構造を明らかにした。
• 画像は約3,340のダイナミックレンジを達成しており、327 MHzにおけるVLAの性能（ダイナミックレンジ約4,700）と比較して競争力がある。
• 画像のrmsノイズレベルは78.5 mJy beam⁻¹であり、高感度および低システムノイズを示している。
• ゼロスパッティングの電波強度は6,740 Jyで測定され、74〜327 MHzのVLAデータからのスペクトル外挿と整合的であった。
• データ品質は優れており、各サブバンドで1〜2％程度のデータがRFIによりフラグ付けされており、全データセット全体では10％未満であった。
• 広視野およびイオン層の影響を受ける中で、方向依存ゲインおよびビームモデリングを含む複雑なキャリブレーションをパイプラインが正常に処理した。