[論文レビュー] Modelling and Correcting the Time-Dependent ACS PSF

Jason Rhodes, R. Massey+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2005

Adaptive optics and wavefront sensing被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、Hubble Space TelescopeのAdvanced Camera for Surveys (ACS) WFCに対して、時間的・位置的依存性を持つPSFモデリング手法を提示する。修正版TinyTimソフトウェアを用いて、弱いレンズ効果やその他の高精度応用のための正確なPSF補正を可能にする。主な貢献は、熱的要因によるフォーカス変動を考慮した堅牢で柔軟性のあるPSFモデルであり、サブアーセコンドの精度に達しており、残差誤差の主な要因はCTE劣化に起因する。

ABSTRACT

The ability to accurately measure the shapes of faint objects in images taken with the Advanced Camera for Surveys(ACS) on the Hubble Space Telescope (HST) depends upon detailed knowledge of the Point Spread Function (PSF). We show that thermal fluctuations cause the PSF of the ACS Wide Field Camera (WFC) to vary over time. We describe a modified version of the TinyTim PSF modeling software to create artificial grids of stars across the ACS field of view at a range of telescope focus values. These models closely resemble the stars in real ACS images. Using ~10 bright stars in a real image, we have been able to measure HST's apparent focus at the time of the exposure. TinyTim can then be used to model the PSF at any position on the ACS field of view. This obviates the need for images of dense stellar fields at different focus values, or interpolation between the few observed stars. We show that residual differences between our TinyTim models and real data are likely due to the effects of Charge Transfer Efficiency (CTE) degradation. Furthermore, we discuss stochastic noise that is added to the shape of point sources when distortion is removed, and we present Multidrizzle parameters that are optimal for weak lensing science. Specifically, we find that reducing the Multidrizzle output pixel scale and choosing a Gaussian kernel significantly stabilizes the resulting PSF after image combination, while still eliminating cosmic rays/bad pixels, and correcting the large geometric distortion in the ACS. We discuss future plans, which include more detailed study of the effects of CTE degradation on object shapes and releasing our TinyTim models to the astronomical community.

研究の動機と目的

• Hubble Space Telescopeの熱的変動が望遠鏡のフォーカスを変化させることによる、ACS WFC画像における時間的変動するPSFの課題に対処すること。
• ACSの視野全域における時間的フォーカス変化を考慮した、空間的に分解能の高いPSFモデルを構築すること。
• 弱い重力レンズ効果やその他の高動態範囲の天体物理学的応用に不可欠な正確な銀河形状測定を可能にすること。
• MultiDrizzleを用いた画像合成における確率的PSF歪みを最小限に抑えること。
• 多様な天文学的解析に使用可能なコミュニティ利用可能なPSFモデリングフレームワークを公開すること。

提案手法

• 修正版TinyTimバージョン6.3を用いて、複数のフォーカス値におけるACS WFC視野全域にわたる合成星のグリッドを生成し、幾何的歪みおよびデイターリング効果を組み込む。
• 実際のACS画像に含まれる約10個の明るい星を用いて、観測時における望遠鏡の顕著なフォーカス位置を測定する。
• 実データとのキャリブレーションを通じて、視野全域における高忠実度のPSF表現を確保する。
• アーリアスイングを低減し、画像合成後のPSF安定化を図るため、MultiDrizzleのパラメータを最適化（特にガウスカーネル、pixfrac = 0.8、出力ピxlsケール0.03アーセコンド）。
• CTE劣化が、特にチップ中心付近でPSF形状に歪みを引き起こし、モデルとデータの乖離の主な要因であると特定した。
• 任意のフィルタおよび任意の天球位置でPSFを生成できるように、TinyTim用のモジュラータイプIDLラッパーを開発した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Hubble Space Telescopeにおける熱的変動が、ACS WFCのPSFに時間的変動を引き起こすメカニズムは何か？
• RQ2 修正版TinyTimシミュレーションは、実際のACSデータで観測された空間的・時間的PSF変動をどの程度正確に再現できるか？
• RQ3 画像合成中に確率的PSF歪みを最小限に抑えるために最適なMultiDrizzle設定は何か？同時に宇宙線除去と幾何補正の性能を維持できるか？
• RQ4 CTE劣化の影響はPSF形状にどのように現れ、モデルとデータの残差に寄与するか？
• RQ5 時間的・位置的依存性を持つPSFモデルを信頼性高く生成し、広く天文学的利用に提供することは可能か？

主な発見

• 歪みおよびデイターリング効果を修正したTinyTimモデルは、視野の大部分で実際のACS星画像とよく一致しており、一般的に数パーセント以内の一致を示す。
• 熱的フォーカスドリフトによりPSFが顕著に時間的に変化し、COSMOSデータから、名目フォーカス状態と最適でないフォーカス状態との間で楕円度に顕著な差が観測された。
• 出力ピxlsケール0.03アーセコンド、ガウスカーネル、pixfrac = 0.8を設定したMultiDrizzleを使用することで、アーリアスイングが顕著に低減され、画像合成後のPSFが安定化した。
• モデルと実データとの残差は、主にCTE劣化に起因しており、特にチップ中心付近のy方向へのトレーリングがPSF形状に歪みを引き起こしている。
• 本手法により、ACS視野の任意の位置で正確なPSFモデリングが可能であり、F814Wフィルタで妥当性が検証されたほか、他のフィルタへの容易な拡張も可能である。
• 著者らは、弱いレンズ効果やその他の高精度応用に使用可能なPSFモデルおよびTinyTimラッパーを天文学コミュニティに公開する計画である。