[논문 리뷰] Processing Images from the Zwicky Transient Facility

Russ R. Laher, Frank J. Masci외 26명|arXiv (Cornell University)|2017. 08. 04.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 600-MP 카메라와 47 deg² 시야를 갖춘 로봇 광학 탐사인 Zwicky Transient Facility (ZTF)의 데이터 처리 파이프라인 및 압축 시스템을 제시한다. 이 시스템은 3년간 약 1페타바이트의 원시 데이터를 실시간으로 처리할 수 있으며, 실시간을 초월하는 성능(7.5시간의 관측에 대해 6.2시간 소요)을 달성한다. 처리된 이미지, 조리개 광도 측정 및 PSF 피팅을 통한 소스 카탈로그, 차분 이미지를 포함한 3페타바이트 압축 아카이브를 2019년 초에 공개 배포한다.

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.

연구 동기 및 목표

• ZTF의 고용량 이미지 데이터를 위한 확장 가능하고 실시간인 데이터 처리 파이프라인을 설계하고 구현하기 위해.
• 처리된 ZTF 제품, 즉 이미지, 소스 카탈로그, 차분 이미지를 장기적으로 압축 보관하여 과학적 발견을 지원하기 위해.
• 고급 이미지 차분 및 기계학습을 통해 초신성, 변수성 항성, 지구근접 천체 등의 일시적 천체를 탐지할 수 있도록 지원하기 위해.
• 2019년 초에 ZTF 데이터 제품의 첫 공개 배포를 실현하여 공공 탐사에 집중하고 광범위한 과학적 접근을 가능하게 하기 위해.
• GAIA 카탈로그와 Pan-STARRS DR1을 기준 기준으로 사용하여 정확한 천체 위치 측정 및 광도 측정을 보장하기 위해.

제안 방법

• 파이프라인은 원시 이미지에 대해 바이어스 및 플랫필드 보정을 수행한 후, SCAMP과 GAIA 카탈로그를 사용하여 천체 위치 보정을 수행하여 월드 좌표계를 설정한다.
• 광도 측정은 절대 광도 측정을 위한 표준으로 Pan-STARRS DR1 카탈로그를 사용하여 수행된다.
• 이미지 차분은 ZOGY 알고리즘과 Masci 등(2017)의 방법을 사용하여 차분 이미지에서 일시적 사건을 탐지한다.
• 후보 일시적 천체는 기계학습을 통해 검증되며, Bloom 등(2012)의 실수/가짜 분류 프레임워크를 활용한다.
• 행성 흔적은 findstreaks 모듈을 사용하여 탐지하고, 점조직함수를 고려한 새로운 결정론적 알고리즘으로 검증한다.
• 처리 시스템은 32台의 컴퓨터에서 병렬로 작동하며, 이미지 4분면을 독립적으로 처리하고 시뮬레이션 데이터를 기반으로 성능을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ZTF의 600-MP 카메라에서 3년간 약 1페타바이트의 고속 데이터를 처리할 수 있는 실시간 데이터 처리 파이프라인은 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 GAIA 및 Pan-STARRS DR1과 같은 외부 카탈로그를 사용할 때 ZTF 파이프라인에서 정확한 천체 위치 측정과 광도 측정을 확보하기 위한 기법은 무엇인가?
• RQ3 실제 관측 조건에서 변수성 항성과 초신성 등의 일시적 사건을 탐지하는 데 있어 이미지 차분 파이프라인이 얼마나 효과적인가?
• RQ4 ZTF 한 날의 전체 데이터를 실시간 이하의 성능으로 처리할 수 있는 성능 지표는 무엇인가?
• RQ5 장기적 압축 시스템은 표준화되고 질의 가능한 카탈로그와 이미지 제품을 통해 다양한 과학적 응용 사례를 어떻게 지원할 수 있는가?

주요 결과

• ZTF 실시간 파이프라인은 시뮬레이션된 한 날의 데이터(7.5시간의 관측)를 6.2시간 내에 처리하여 실시간을 초월하는 성능을 달성했다.
• 단일 파이프라인 인스턴스의 중앙값 실행 시간은 275.5초였으며, 주로 소스 밀도와 기준 이미지 가용성에 의해 제한되었다.
• 시뮬레이션 데이터에서 기준 이미지의 가용성이 75%에 도달하여 처리 효율성에 상당한 영향을 미쳤다.
• 처리된 이미지와 조리개 광도 측정 및 PSF 피팅을 통한 소스 카탈로그를 포함한 ZTF 압축 제품의 첫 공개 배포는 2019년 초에 예정되어 있다.
• 3년 간의 임무 종료 시점까지 ZTF 아카이브는 약 3페타바이트로 성장할 것으로 예상되며, 차분 이미지, 광도 곡선, 캘리브레이션 데이터를 포함한 다양한 제품을 보관할 예정이다.
• 성능 벤치마크 결과, 파이프라인이 현재 시뮬레이션 속도(CCD당 시간당 10개의 일시적 천체)보다 8배 높은 일시적 천체 빈도를 처리할 수 있도록 확장 가능하다는 것이 확인되었다.