[论文解读] Gaia data release 1: Principles of the photometric calibration of the G band

J. M. Carrasco, D. W. Evans+25 more|Data Archiving and Networked Services (DANS)|Nov 7, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 36被引用 39

一句话总结

本文提出了盖亚数据释放1（Gaia DR1）的测光定标框架，通过盖亚自身对稳定天体的观测建立自洽的内部定标，随后利用94颗标准测光星（SPSS）进行外部定标，将数据与绝对通量关联。该方法实现了典型的测光精度为3 mmag，本版发布中未应用孔径损失或辐射损伤修正，因数据不完整。

ABSTRACT

Context. Gaia is an ESA cornerstone mission launched on 19 December 2013 aiming to obtain the most complete and precise 3D map of our Galaxy by observing more than one billion sources. This paper is part of a series of documents explaining the data processing and its results for Gaia Data Release 1, focussing on the G band photometry. Aims. This paper describes the calibration model of the Gaia photometric passband for Gaia Data Release 1. Methods. The overall principle of splitting the process into internal and external calibrations is outlined. In the internal calibration, a self-consistent photometric system is generated. Then, the external calibration provides the link to the absolute photometric flux scales. Results. The Gaia photometric calibration pipeline explained here was applied to the first data release with good results. Details are given of the various calibration elements including the mathematical formulation of the models used and of the extraction and preparation of the required input parameters (e.g. colour terms). The external calibration in this first release provides the absolute zero point and photometric transformations from the Gaia G passband to other common photometric systems. Conclusions. This paper describes the photometric calibration implemented for the first Gaia data release and the instrumental effects taken into account. For this first release no aperture losses, radiation damage, and other second-order effects have not yet been implemented in the calibration.

研究动机与目标

• 仅使用盖亚自身的观测数据，建立盖亚DR1的自洽内部测光系统。
• 通过使用地面标准星的外部定标，将内部通量尺度与绝对物理单位关联。
• 对焦面响应变化、色依赖性通带偏移及时间相关效应等仪器变化进行建模。
• 通过零点修正与转换关系，使用户能够将盖亚DR1的测光数据与现有测光系统进行比较。
• 通过识别未建模效应（如孔径损失与辐射损伤）为未来数据发布奠定基础。

提出的方法

• 定标分为内部与外部两个阶段：内部定标利用盖亚自身数据建立一致的通量尺度，外部定标则将该尺度锚定至绝对通量。
• 内部定标基于分组的定标单元（CUs），依据望远镜、视场、CCD、曝光时间及AC位置划分，色指数项由BP/RP谱测光推导。
• 通过比较稳定非变星的实测通量与基于当前定标参数预测的通量，推导出自洽的通量尺度。
• 内部定标模型通过色依赖性修正处理仪器变化，包含大尺度（LS）与小尺度（SS）定标分量。
• 外部定标利用94颗在光度条件良好下观测的验证SPSS，确定零点及与标准测光系统的转换关系。
• 通过确保定标单元间充分混合并必要时应用连接定标，避免在不同星等范围内创建独立的测光系统。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何仅利用盖亚自身观测数据，为盖亚DR1建立一个自洽的测光系统？
• RQ2 为实现精确测光，必须对哪些仪器效应（如焦面响应变化、时间相关变化）进行建模？
• RQ3 如何利用最少数量的地面标准星，将内部通量尺度与绝对物理通量关联？
• RQ4 盖亚DR1定标中的关键局限性是什么？哪些效应（如孔径损失、辐射损伤）仍未被建模？
• RQ5 BP/RP谱测光如何实现对G波段定标中色指数项的精确估计？

主要发现

• 内部定标在盖亚整个焦面及任务周期内实现了自洽的通量尺度，基于数以百万计的稳定源。
• 外部定标成功利用仅94颗验证SPSS将内部系统与绝对通量关联，精度优于1%，准确度低于3%。
• 最终测光精度达到3 mmag，满足盖亚DR1的目标要求。
• 定标模型考虑了因源星色指数、AC位置、望远镜、CCD行与条带及观测时间引起的通带变化。
• 由于输入数据不足，DR1中未包含孔径损失与辐射损伤修正，但计划在后续发布中加入。
• LS与SS定标单元的使用，使模型能够稳健处理全局与局部仪器变化，确保在不同星等与色指数范围内的统一性。