[논문 리뷰] Improvements to Pan-STARRS1 Astrometry: II. Corrections for Differential Chromatic Refraction

R. L. White, Stephen H. Lubow외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 06. 20.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 8인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 Gaia EDR3를 기준 목록으로 사용하고 차등 색수차(refraction, DCR)에 대한 반복 보정을 통합하여 Pan-STARRS1 DR2 천체측위를 향상시킨다. g−i 색색이 0에서 4.5 사이인 물체의 체계적 오차를 1 mas 이하로 줄였다. 방법은 Gaia EDR3를 통해 약 3%의 천체측위 잔차 감소를, DCR 보정을 통해 추가로 약 5%의 향상을 가져오며, 파란색 또는 먼 물체의 경우 최대 30%의 향상이 이루어져, Gaia 항성의 밀도가 낮은 흐린, 혼잡하거나 파란 물체의 천체측위 정확도를 크게 향상시켰다.

ABSTRACT

In a previous paper, we applied the Gaia DR2 catalog to improve the astrometric accuracy of about 1.7 billion objects in Pan-STARRS1 Data Release 2 (PS1 DR2). We report here on further improvements made by utilizing Gaia EDR3 and correcting for the effects of differential chromatic refraction (DCR) in declination. We extend the correction algorithm in Paper 1 by iteratively subtracting color- and declination-dependent PS1/Gaia EDR3 declination residuals. We determine the astrometric improvement for ~440 million reference objects that are point-like and cross-match to Gaia EDR3. For this set of objects, Gaia EDR3 provides a ~3% improvement in PS1 astrometry over Gaia DR2, and DCR corrections provide an additional ~5% improvement. DCR corrections increase substantially for objects observed away from the zenith. DCR corrections lead to an astrometric improvement of ~30% for blue objects (0<g-i<1) that are 50{\deg} away from the zenith. The amplitude of systematic astrometric errors from these effects is substantially reduced to less than 1 mas for objects with PS1 colors in the range 0 < g-i < 4.5, which makes this a useful astrometric reference catalog in fields where there are few Gaia stars. The improved astrometric data will be available through the Mikulski Archive for Space Telescopes PS1 catalog interfaces.

연구 동기 및 목표

• 대기 분산으로 인한 왜곡으로 인해 발생하는 천체측위 오차를 보정하기 위해, Pan-STARRS1 DR2의 체계적 천체측위 오차를 보정하기 위해 차등 색수차(DCR)를 보정하는 것.
• 더 정밀한 Gaia EDR3 목록을 활용하여 이전의 Gaia DR2 기반 보정을 초월해 천체측위 정확도를 향상시키는 것.
• 특히 흐린 또는 파란 물체의 경우, Gaia 항성이 희박한 분야에서 PS1을 신뢰할 수 있는 천체측위 기준으로 사용할 수 있도록 하는 것.
• DCR 효과가 PS1 위치에 미치는 영향을 고려하면서 Gaia EDR3 기준 위치와 일관성을 유지하는 반복 보정 알고리즘을 개발하고 적용하는 것.

제안 방법

• 보정 알고리즘은 점성 물체이며, 교차 매칭된 기준 물체(n ≈ 440백만)에 대해 Gaia EDR3를 기준으로 하여 PS1/Gaia EDR3의 시면각 위치 잔차를 계산한다.
• DCR는 오른쪽상승과 시면각에 색상 및 시면각에 따라 달라지는 이동으로 모델링되며, 더 강한 굴절 효과로 인해 주로 시면각에 중점을 둔다.
• 반복적 방법(9회 반복)을 적용: 각 단계에서 누적 DCR 보정된 PS1 위치를 사용하여 가장 가까운 이웃 기반의 중앙값 보정을 개선함으로써 잔차 편향을 감소시킨다.
• DCR 보정은 Gaia EDR3를 절대 기준으로 사용하여 이전의 2MASS 기반 보정에서 유래하는 상대적 색상 의존성을 피한다.
• 잔차는 시면각 스트립 단위로 분석되며, PS1의 스택 및 탐지 테이블을 사용하는 데이터베이스 시스템에서 보정이 적용된다.
• 알고리즘은 위치뿐 아니라 운동량까지 보정하며, 공간적으로 상관된 잔차를 최소화하기 위해 반복적으로 개선된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Gaia DR2 대비 Gaia EDR3를 사용할 경우 PS1 천체측위 정확도가 어떻게 향상되는가?
• RQ2 DCR 보정은 특히 천구의 천정에서 멀리 떨어진 물체에서 천체측위 체계적 오차를 얼마나 줄이는가?
• RQ3 DCR는 파란색 대비 빨간색 물체에 어떤 영향을 미치며, 시면각과 공기질량에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 반복 DCR 보정을 통해 g−i 색색이 0에서 4.5 사이인 물체의 잔차 오차를 1 mas 이하로 낮출 수 있는가?
• RQ5 Gaia 항성이 희박한 지역에서 보정된 PS1 위치는 Gaia EDR3와 비교해 정확도가 어떻게 되는가?

주요 결과

• Gaia EDR3는 기준 물체 440백만 개에 대해 Gaia DR2 대비 약 3%의 PS1 천체측위 정확도 향상을 제공한다.
• DCR 보정은 기준 샘플 전반에 걸쳐 약 5%의 총 천체측위 정확도 향상을 추가로 제공한다.
• 천정에서 50° 떨어진 파란 물체(0 < g−i < 1)의 경우, DCR 보정으로 천체측위 정확도가 최대 약 30% 향상된다.
• g−i 색색이 0 < g−i < 4.5 범위에 있는 물체의 체계적 천체측위 오차는 1 mas 이하로 감소된다.
• 오랜색 물체의 경우에도 오른쪽상승과 시면각의 잔차 편향이 1 mas 이하로 유지되어 보정 후 높은 정확도를 확인한다.
• 향상된 천체측위 목록은 MAST의 CasJobs 및 목록 인터페이스를 통해 이용 가능해져, Gaia 자료가 희박한 분야에서 고정밀 응용을 가능하게 한다.