[論文レビュー] Processing Images from the Zwicky Transient Facility

Russ R. Laher, Frank J. Masci+26 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2017

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、600-MPカメラと47 deg²の視野を持つロボット光学サーベイであるZwicky Transient Facility (ZTF)のデータ処理パイプラインおよびアーカイブシステムを提示する。このシステムは3年間にわたり約1ペタバイトの生データをリアルタイムで処理でき、サブリアルタイム性能（7.5時間の観測に対して6.2時間）を達成し、処理済み画像、孔径光度測定およびPSFフィッティングによる源カタログ、差分画像を3ペタバイトのアーカイブに保存し、2019年初頭に一般公開する。

ABSTRACT

The Zwicky Transient Facility is a new robotic-observing program, in which a newly engineered 600-MP digital camera with a pioneeringly large field of view, 47~square degrees, will be installed into the 48-inch Samuel Oschin Telescope at the Palomar Observatory. The camera will generate $\sim 1$~petabyte of raw image data over three years of operations. In parallel related work, new hardware and software systems are being developed to process these data in real time and build a long-term archive for the processed products. The first public release of archived products is planned for early 2019, which will include processed images and astronomical-source catalogs of the northern sky in the $g$ and $r$ bands. Source catalogs based on two different methods will be generated for the archive: aperture photometry and point-spread-function fitting.

研究の動機と目的

• ZTFの高容量画像データを対象としたスケーラブルでリアルタイムのデータ処理パイプラインの設計および実装。
• 処理済みZTF製品（画像、源カタログ、差分画像など）の長期的アーカイブを可能にし、科学的発見を促進すること。
• 高度な画像差分法および機械学習を用いて、超新星、変光星、近地小惑星などの瞬時天体の検出を支援すること。
• 2019年初頭にZTFデータ製品の初回一般公開を実現し、一般サーベイに焦点を当て、広範な科学的アクセスを可能にすること。
• GAIAカタログおよびPan-STARRS DR1を基準として、正確な天体測定と光度測定を保証すること。

提案手法

• パイプラインは、生画像をバイアスおよびフラットフィールド補正した後、SCAMPとGAIAカタログを用いて天体測定補正を行い、ワールド座標系を確立する。
• 絶対光度測定の基準として、Pan-STARRS DR1カタログを用いて光度測定補正を実施する。
• 差分画像における瞬時天体の検出のため、ZOGYアルゴリズムおよびMasciら（2017）の手法を用いて画像差分処理を実施する。
• 候補瞬時天体は、Bloomら（2012）の実物／偽物分類フレームワークを含む機械学習を用いて検証する。
• 小惑星のストリークはfindstreaksモジュールで検出され、点拡散関数を考慮した新しい決定的アルゴリズムで検証される。
• 処理システムは32台のマシン上で並列処理が行われ、画像の4分割ごとに独立して処理され、シミュレートデータを用いてパフォーマンスをベンチマーク化している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ZTFの600-MPカメラから3年間にわたり1 PBのデータレートを処理するリアルタイムデータ処理パイプラインは、どのようにして効率的に処理できるか？
• RQ2 GAIAやPan-STARRS DR1といった外部カタログを用いることで、ZTFパイプラインにおける正確な天体測定と光度測定を保証する技術は何か？
• RQ3 実際の観測条件下で、画像差分パイプラインは変光星や超新星を含む瞬時天体をどれほど効果的に検出できるか？
• RQ4 1晩分のZTFデータをサブリアルタイムで処理する際に達成可能なパフォーマンス指標は何か？
• RQ5 長期的アーカイブシステムは、標準化され、クエリ可能なカタログおよび画像製品を通じて、多様な科学的利用状況をどのようにサポートできるか？

主な発見

• ZTFリアルタイムパイプラインは、シミュレートされた1晩分のデータ（7.5時間の観測）を6.2時間で処理し、サブリアルタイム性能を達成した。
• 1つのパイプラインインスタンスの中央値実行時間は275.5秒であり、処理効率に影響を与える主な要因は源密度と基準画像の可用性であった。
• シミュレートデータにおいて基準画像の可用率は75％に達しており、これは処理効率に顕著な影響を与える。
• 処理済み画像および孔径光度測定およびPSFフィッティングによる源カタログを含む、ZTFアーカイブ製品の初回一般公開は2019年初頭に予定されている。
• 3年間のミッション終了時には、差分画像、光度曲線、校正データを含む多様な製品を収容する予定で、ZTFアーカイブは約3ペタバイトに成長すると予想される。
• パフォーマンスベンチマークの結果、パイプラインは現在のシミュレートレート（1 CCDあたり10個の瞬時天体）の8倍まで高い瞬時天体レートを処理できるスケーラビリティを示している。