[論文レビュー] Photometry of 10 Million Stars from the First Two Years of TESS Full Frame Images

Chelsea X. Huang, Andrew Vanderburg+9 more|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 19

ひとこと要約

本論文は、TESSのフルフレーム画像（FFI）から得られた最初の2年間の1000万個の恒星の公開可搬で高精度な光度測定データベースを提示する。このデータはMITのクイックルックパイプライン（QLP）を用いて処理されており、高度な背景差分法、アストロメトリックキャリブレーション、スプラインベースのデトレンド処理を実施することで、理論的期待値と20 ppm以内の光度精度を達成しており、これまでにない最大規模のデータセットである。

ABSTRACT

The Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) is the first high-precision full-sky photometry survey in space. We present light curves from a magnitude limited set of stars and other stationary luminous objects from the TESS Full Frame Images, as reduced by the MIT Quick Look Pipeline (QLP). Our light curves cover the full two-year TESS Primary Mission and include $\sim$ 14,770,000 and $\sim$ 9,600,000 individual light curve segments in the Southern and Northern ecliptic hemispheres, respectively. We describe the photometry and detrending techniques we used to create the light curves, and compare the noise properties with theoretical expectations. All of the QLP light curves are available at MAST as a High Level Science Product via doi.org/10.17909/t9-r086-e880 (https://archive.stsci.edu/hlsp/qlp). This is the largest collection of TESS photometry available to the public to date.

研究の動機と目的

• 全天空をカバーするTESSフルフレーム画像（FFI）から包括的かつ公開可能な光度測定データベースを構築すること。
• 大容量のFFIデータを高精度で処理できる光度測定パイプライン（QLP）を開発・検証すること。
• 校正済みでデトレンド処理済みの光曲線を提供することで、T < 13.5の恒星のトランジット検出および星の変光研究を可能にすること。
• MASTにHigh Level Science Productとして公開されている、現時点で最大のTESS光度測定データセットを提供すること。

提案手法

• TESSフルフレーム画像（FFI）をTICAソフトウェアで処理し、機器に起因する影響を補正すること。
• ネビュライザー（nebuliser）アルゴリズムを用いてグローバルな背景差分処理を実施し、大規模な散乱光を除去すること。
• 明るい星（8 < T < 10）を用いたアストロメトリックキャリブレーションにより、サブピクセルの位置精度（<0.1ピクセル）を達成すること。
• 1軌道ごとに中央値ベースの参照画像を作成し、個々のフレームからそれらを差分として引くことで差分画像を算出すること。
• 複数の円形アパーチャ（1.75–8.0ピクセル）でfluxを測定し、源の周囲の環状領域を用いた反復的背景差分処理を実施すること。
• TICのTESSバンドマグニチュードと機器ゼロポイントを用いて差分fluxを絶対fluxに変換し、TDBに合わせたバーリセントリック補正を実施すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QLPパイプラインを用いてTESSフルフレーム画像から抽出された光曲線で達成可能な光度精度はどの程度か？
• RQ2 散乱光や星の変光といった機器的および天体的ノイズ源に対し、QLPパイプラインはどのように対処しているか？
• RQ3 QLPパイプラインは、全天空にわたって明るさがT < 13.5の星に対し、信頼性のある光曲線をどの程度回復できるか？
• RQ4 最終的な光曲線のノイズ特性は、Sullivanら（2015）の理論的期待値とどのように比較されるか？
• RQ5 FFIベースの光度測定において、データ異常を最も効果的に予測する品質フラグは何か？また、それらは低品質なカデンスをどのように特定・フラグ付けするか？

主な発見

• QLPパイプラインは、2年間のTESSプライマリーミッション期間中に南黄道と北黄道の両方の半球で、それぞれ約1480万個および960万個の光曲線セグメントを生成した。
• 最終的なデトレンド処理済み光曲線の光度精度は、理論的期待値と20 ppm以内であり、高品質なデータであることが示された。
• 独自開発の異常検出アルゴリズムを用いて、精度が低いカデンスを効果的に特定・フラグ付けした。特にビット13（値4196）は、多数の星で精度が著しく低いカデンスが除外されたことを示している。
• TESSマグニチュード ≤13.5の1000万個の恒星が含まれており、すべてのQLP光曲線は、DOI 10.17909/t9-r086-e880a を付与してMASTにHigh Level Science Productとして公開された。
• 最終的な光曲線はFITS形式およびコンマ区切りASCII形式の両方で提供されており、最良のアパーチャに対する正規化されたfluxおよび背景fluxの時間系列が併記されている。
• ベイジアン情報基準（BIC）を用いて最適化された節点を持つ基底スプラインを用いたデトレンド処理により、低周波数ノイズが効果的に除去されつつ、短時間のトランジット信号が保持された。