[论文解读] The LOFAR Multifrequency Snapshot Sky Survey (MSSS) I. Survey description and first results

G. Heald, R. Pizzo+148 more|Research Explorer (The University of Manchester)|Sep 3, 2015

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 41被引用 61

一句话总结

LOFAR多频段快照天区 Survey（MSSS）是一项利用LOFAR高、低频阵列进行的广域、超宽带射电连续谱巡天，以中等分辨率（~2角分）和深度（~10 mJy beam⁻¹）映射北天区。该巡天使对河外星系和银河系源的详细光谱研究成为可能，初次数据发布显示在HBA频段高于100 mJy和LBA频段高于550 mJy时具有高完整性，并展示了在1.3 rad m⁻² beam宽度下准确的偏振校准和RM恢复能力。

ABSTRACT

We present the Multifrequency Snapshot Sky Survey (MSSS), the first northern-sky LOFAR imaging survey. In this introductory paper, we first describe in detail the motivation and design of the survey. Compared to previous radio surveys, MSSS is exceptional due to its intrinsic multifrequency nature providing information about the spectral properties of the detected sources over more than two octaves (from 30 to 160 MHz). The broadband frequency coverage, together with the fast survey speed generated by LOFAR's multibeaming capabilities, make MSSS the first survey of the sort anticipated to be carried out with the forthcoming Square Kilometre Array (SKA). Two of the sixteen frequency bands included in the survey were chosen to exactly overlap the frequency coverage of large-area Very Large Array (VLA) and Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) surveys at 74 MHz and 151 MHz respectively. The survey performance is illustrated within the "MSSS Verification Field" (MVF), a region of 100 square degrees centered at J2000 (RA,Dec)=(15h,69deg). The MSSS results from the MVF are compared with previous radio survey catalogs. We assess the flux and astrometric uncertainties in the catalog, as well as the completeness and reliability considering our source finding strategy. We determine the 90% completeness levels within the MVF to be 100 mJy at 135 MHz with 108" resolution, and 550 mJy at 50 MHz with 166" resolution. Images and catalogs for the full survey, expected to contain 150,000-200,000 sources, will be released to a public web server. We outline the plans for the ongoing production of the final survey products, and the ultimate public release of images and source catalogs.

研究动机与目标

• 利用LOFAR的高、低频阵列创建北天区全面的多频段射电连续谱巡天。
• 为未来深空LOFAR巡天的校准建立参考源星表。
• 使对明亮射电源（包括星系团、AGN和星系形成星系）的光谱与偏振研究成为可能。
• 评估对银河系和河外源进行低频偏振测量与旋转量（RM）恢复的可行性。
• 提供覆盖代表性100平方度区域的初始数据发布，确保高保真度与完整性。

提出的方法

• 在高频频段阵列（110–190 MHz）的8个频段和低频频段阵列（30–80 MHz）的8个频段进行快照观测，利用LOFAR的超宽带能力。
• 应用多方向校准以校正电离层和仪器效应，尤其对LBA数据至关重要。
• 使用旋转量展宽函数（RMSF）评估法拉第深度恢复的准确性，主瓣宽度约为~1.3 rad m⁻²。
• 通过与现有巡天的源位置和流量密度交叉匹配，验证流量标度的准确性和完整性。
• 采用稳健的成像技术，在验证场中实现约108角秒（HBA）和约166角秒（LBA）的角分辨率。
• 通过检测已知偏振源（包括脉冲星PSR J0218+4232和扇形区域的偏振发射）来验证偏振性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 附近星系形成星系的光谱行为如何？它们在低频段是否表现出光谱拐点？
• RQ2 在低频射电波段能否探测并表征星系团中的弥散发射（如晕状结构）？
• RQ3 巨大射电晕和遗迹（GRHs 和 GRRs）的普遍性和性质如何？能否发现新的实例？
• RQ4 LOFAR多频段快照天区巡天（MSSS）对银河系和河外源的旋转量和偏振发射恢复的准确性如何？
• RQ5 MSSS初始数据发布在HBA和LBA频段范围内的完整性与流量密度准确性如何？

主要发现

• MSSS验证场在高频频段阵列（HBA）中高于100 mJy时完成度达90%，角分辨率为108角秒。
• 该巡天在低频频段阵列（LBA）中高于550 mJy时完成度达90%，角分辨率为166角秒。
• MSSS的源位置和流量密度与现有射电巡天结果一致，尽管存在微小流量标度偏移，仍需进一步确认。
• 旋转量展宽函数（RMSF）的主瓣宽度约为1.3 rad m⁻²，可实现对小法拉第深度的高保真度恢复。
• 成功检测到银河系扇形区域的偏振发射，与先前WSRT观测结果一致。
• 在修正电离层旋转后，检测到高度偏振的脉冲星PSR J0218+4232，其已知法拉第深度为-61 rad m⁻²，证实了MSSS偏振校准的准确性。