[論文レビュー] The Hyper Suprime-Cam extended Point Spread Functions and applications

L. P. Garate-Nuñez, A. S. G. Robotham+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2023

Adaptive optics and wavefront sensingPhysics and Astronomy被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、5つの光学バンドにおけるハイパースプリム・カメ（HSC）パブリックデータリリース3（PDR3）に対して、点源の中央値スタッキングを用いてPSFの翼部を最大5.6弧分までモデル化した拡張されたポイントスプレッド関数（PSF）モデルを提示する。著者らは、PSFに起因する散乱光を除去することで、イントラハローライト（IHL）の測定が改善され、IHL表面輝度が最大1.7 mag arcsec⁻²過大評価され、IHL割合が約30%低減されることを示した。中央銀河からの距離150 kpcでIHL割合の中央値は0.13に達する。

ABSTRACT

We present extended point spread function (PSF) models for the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program Public Data Release 3 (HSC-SSP PDR3) in all $ extit{g,r,i,Z}$ and $ extit{Y}$-bands. Due to its 8.2m primary mirror and long exposure periods, HSC combines deep images with wide-field coverage. Both properties make HSC one of the most suitable observing facilities for low surface brightness (LSB) studies, which are particularly sensitive to the PSF. By applying a median stacking technique of point-like sources with different brightness, we show how to construct the HSC-SSP PDR3 PSF models to an extent of R $\sim$ 5.6 arcmin. These models are appropriate for the HSC-PDR3 intermediate-state data which do not have applied the final aggressive background subtraction. The intermediate-state data is especially stored for users interested in large extended objects, where our new PSFs provide them with a crucial tool to characterise LSB properties at large angles. We demonstrate that our HSC PSFs behave reasonably in two scenarios. In the first one, we generate 2-D models of a bright star, showing no evidence of residual structures across the five bands. In the second scenario, we recreate the PSF-scattered light on mock images with special consideration of the effect of this additional flux on LSB measurements. We find that, despite the well-behaved nature of the HSC-PDR3 PSFs, there is a non-negligible impact on the faint light present in the mock images. This impact could lead to incorrect LSB measurements if a proper star subtraction is not applied.

研究の動機と目的

• ハイパースプリム・カメ（HSC）パブリックデータリリース3（HSC-SSP PDR3）の正確な拡張PSFモデルを構築し、低表面輝度（LSB）研究を高精度で行えるようにすること。
• 深紫外・広視野画像におけるPSFの翼部に起因する散乱光が、特にイントラハローライト（IHL）を含むLSB特徴を汚染する問題に対処すること。
• PSFに起因する散乱光が、銀河グループにおけるIHL表面輝度およびIHL割合の測定に与える影響を定量化すること。
• 再現可能なLSB解析を可能にするために、校正済みのHSC PSFモデルと再構築スクリプトのコミュニティリソースを提供すること。
• 標準的な表面輝度カット（例：μ_r^lim = 26.4 mag arcsec⁻²）が、IHLと銀河光を分離する際にどれほど正確であるかを評価すること。

提案手法

• HSC-SSP PDR3のg、r、i、Z、Yバンドにおいて、点源の中央値スタッキングを用いて拡張PSFモデルを構築する。
• 明るい星と暗い星の組み合わせを用いて、R ~ 5.6弧分（400020グループの距離で300 kpc）までのPSF翼部をモデル化する。
• SXDS領域における400020 GAMAグループの深紫外HSC画像に対して、PSFモデルを適用し、散乱光を除去する。
• PSFフラックス補正を施した高度な源抽出手法を用いて、主銀河およびグループ光からIHL成分を分離する。
• 2次元PSFモデルを生成し、明るい星の光度分布を再構築することで妥当性を検証する。
• PSF差し引きの有無を比較することで、IHL表面輝度およびIHL割合（f_IHL）の系統的バイアスを定量化する。

Figure 1: Location of the HSC-Wide (pale blue), Deep (blue), and UltraDeep fields (dark blue) and the GAMA fields (pale red) on the sky in equatorial coordinates. The grey shadow represents the Milky Way (MW) plane and the centre of the MW is indicated by the grey-filled circle. The orange shadow in

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PSFに起因する散乱光が、深紫外・広視野画像におけるイントラハローライト（IHL）測定にどれほど汚染を及えるか？
• RQ2 点源の中央値スタッキングを用いて、HSC-SSP PDR3の拡張PSFモデルをどれほど正確に構築できるか？
• RQ3 PSF差し引きが、400020 GAMAグループにおける測定されたIHL表面輝度およびIHL割合（f_IHL）に与える影響は何か？
• RQ4 標準的な表面輝度カット（例：μ_r^lim = 26.4 mag arcsec⁻²）が、IHL測定の正確性に与える影響は？
• RQ5 新しいHSC PSFモデルは、大半の半径における低表面輝度特徴の検出の正確性を向上させられるか？

主な発見

• 拡張されたHSC PSFモデルは、明るい星の2次元光度分布を正確に再構築でき、内側および外側領域における正確性が検証された。
• PSFに起因する散乱光を除去しない場合、大半の半径でIHL表面輝度が最大1.7 mag arcsec⁻²過大評価される。
• PSFに起因する散乱光を除去しないと、IHL割合（f_IHL）は約30%過大評価され、補正後には中央値f_IHLが0.13に達する。
• 広く用いられている表面輝度限界μ_r^lim = 26.4 mag arcsec⁻²は、PSF差し引きの有無に関わらず、真のIHL割合を2倍低く評価してしまう。
• 400020グループのBCGから31 mag arcsec⁻²および300 kpcまでのIHL表面輝度プロファイルが、信頼性を持って測定された。
• HSC-SSP PDR3のPSFモデルおよび再構築スクリプトは、https://github.com/luciagarate/HSC_PSFs にてコミュニティ公開されている。

Figure 2: Upper: image of a star used to reconstruct the PSF outer part where the ProFound masks are indicated by the semi-transparent gray spots. The normalisation annulus used to stack all the images is delimited by the two black thin circles. Lower: histogram of the flux values of all the pixels