[논문 리뷰] The SDSS Coadd: 275 deg^2 of Deep SDSS Imaging on Stripe 82

J. Annis, M. Soares-Santos외 18명|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 28.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 56인용 수 107

한 줄 요약

이 논문은 반복된 SDSS 관측을 이용해 275 deg²의 Stripe 82 영역에 대해 깊이 있는 공통 이미징 조사의 구축과 특성 분석을 제시한다. 은하에 대해 r ≈ 23.5, 항성에 대해 r ≈ 24.3의 깊이를 달성하였다. S/N 가중 평균 처리, PSF 모델링, 그리고 광학적 보정을 통해 20개 이상의 개별 스캔을 공통화함으로써, 최종로 얻어진 카탈로그는 1.1″의 중앙 r-대역 시야와 g, r, i에 대해 0.5%, u, z에 대해 1%의 광학 정밀도를 갖는 고신뢰도이고 균일한 광학 데이터셋을 제공한다. 이는 정밀 광학 측정과 천체물리학 연구에 기여한다.

ABSTRACT

We present details of the construction and characterization of the coaddition of the Sloan Digital Sky Survey Stripe 82 \ugriz\ imaging data. This survey consists of 275 deg$^2$ of repeated scanning by the SDSS camera of $2.5\arcdeg$ of $δ$ over $-50\arcdeg \le α\le 60\arcdeg$ centered on the Celestial Equator. Each piece of sky has $\sim 20$ runs contributing and thus reaches $\sim2$ magnitudes fainter than the SDSS single pass data, i.e. to $r\sim 23.5$ for galaxies. We discuss the image processing of the coaddition, the modeling of the PSF, the calibration, and the production of standard SDSS catalogs. The data have $r$-band median seeing of 1.1\arcsec, and are calibrated to $\le 1%$. Star color-color, number counts, and psf size vs modelled size plots show the modelling of the PSF is good enough for precision 5-band photometry. Structure in the psf-model vs magnitude plot show minor psf mis-modelling that leads to a region where stars are being mis-classified as galaxies, and this is verified using VVDS spectroscopy. As this is a wide area deep survey there are a variety of uses for the data, including galactic structure, photometric redshift computation, cluster finding and cross wavelength measurements, weak lensing cluster mass calibrations, and cosmic shear measurements.

연구 동기 및 목표

• 단일 루프 SDSS 데이터를 초월하는 광학 깊이를 확보하기 위해 반복된 SDSS 관측을 이용해 Stripe 82에 대한 깊이 있는 공통 이미징 조사를 제작하는 것.
• 여러 시점에 걸친 데이터의 광학 정확도와 천체 위치 정확도를 유지하는 강력한 이미지 공통화 파이프라인을 개발하고 검증하는 것.
• 공통화된 데이터의 광학 정밀도를 1% 이내로 보정하고 정밀한 5밴드 광학 측정을 위해 PSF를 정확히 모델링하는 것.
• PSF 모델링의 완벽하지 못한 점으로 인해 발생하는 항성-은하 분류의 체계적 오류를 식별하고 보완하는 것.
• 천체물리학, 은하 진화, 약한 렌즈 연구에 활용 가능한 공개 가능한 균일하고 고신뢰도의 광학 카탈로그를 제작하는 것.

제안 방법

• S/N 가중 평균 처리를 통해 ugriz 필터에서 20개 이상의 개별 SDSS 이미징 런을 공통화하고, 역분산 지도와 시야 보정을 통합한다.
• 다른 시점 간에 보정된 데이터와 보정되지 않은 데이터를 일치시키기 위해 상대 광학 보정 기반의 계획을 적용한다.
• 각 노출에서의 개별 PSF를 공통화하여 PSF를 모델링함으로써 정밀한 광학 측정과 형상 측정을 가능하게 한다.
• SDSS PHOTO 파이프라인을 사용해 공통화된 이미지에서 소스 카탈로그를 생성하며, 광학 측정, 천체 위치, 형상 매개변수를 포함한다.
• 고품질 항성 카탈로그(Ivezić et al. 2007)를 기반으로 광학 정밀도를 검증하고, 색-색 다이어그램과 수량 수계수를 통해 교차 확인한다.
• PSF 모델링 대 대응 magnitude 플롯을 통해 체계적 오분류 영역을 식별하고, VVDS 스펙트로스코피로 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Stripe 82에서 반복된 SDSS 이미징을 어떻게 공통화하여 광학 깊이를 깊게 하면서도 광학 정밀도와 천체 위치 정확도를 유지할 수 있는가?
• RQ2 공통화 과정에서의 PSF 모델링이 항성 및 은하 대상에 대해 정밀한 5밴드 광학 측정을 얼마나 잘 지원하는가?
• RQ3 PSF 오모델링으로 인해 발생하는 항성-은하 분류의 체계적 오류는 무엇이며, 이를 어떻게 식별하고 수정할 수 있는가?
• RQ4 공통화된 데이터가 별의 수량 수계수와 색 분포 측면에서 기대되는 은하 구조 모델과 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ5 최종 공통화 카탈로그의 광학 정밀도와 깊이는 무엇이며, 단일 루프 SDSS 데이터와 비교해 어떤가?

주요 결과

• 공통화된 이미징은 은하에 대해 r ≈ 23.5, 항성에 대해 r ≈ 24.3의 50% 완전성 한계에 도달하였으며, 이는 단일 루프 SDSS 대비 약 2 magnitude의 향상이다.
• r-대역 중앙 시야는 1.1″으로, 단일 루프 데이터의 1.4″에서 향상되었으며, 밴드 간 시야 스케일링은 Kolmogorov 난류 모델과 일치한다.
• g, r, i에 대해 0.5%, u, z에 대해 1%의 광학 정밀도를 확보하였으며, 이는 Ivezić et al. (2007) 항성 카탈로그를 기반으로 검증되었다.
• 항성의 색-색 다이어그램은 날카롭고 좁은 항성 궤적을 보이며, 고신뢰도 광학 측정과 정확한 PSF 모델링을 확인한다.
• 미세한 PSF 오모델링은 PSF 모델링 대 magnitude 공간에서 항성이 은하로 잘못 분류되는 영역을 유도하며, 이는 VVDS 스펙트로스코피로 확인되었다.
• 최종 카탈로그에는 1300만 개의 은하가 포함되어 있으며, 이는 r=23.5까지 완전한 균일한 정밀 광학 카탈로그로서, SDSS DR7를 통해 공개 가능하다.