[论文解读] Improvements to Pan-STARRS1 Astrometry: II. Corrections for Differential Chromatic Refraction

R. L. White, Stephen H. Lubow+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 8被引用 7

一句话总结

该论文通过结合Gaia EDR3作为参考星表并迭代修正色散差（DCR），改进了Pan-STARRS1 DR2的天体测量，使g−i色指数在0至4.5之间的天体系统误差降低至1毫角秒以下。该方法通过Gaia EDR3使天体测量残差减少约3%，通过DCR修正再减少约5%，对蓝色或遥远天体的改善最高可达30%，显著提升了在Gaia恒星稀疏的暗弱、密集或蓝色源区域的天体测量精度。

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.

研究动机与目标

• 通过校正色散差（DCR）来减少Pan-STARRS1 DR2中的系统性天体测量误差，因为大气色散会导致位置扭曲。
• 通过利用更高精度的Gaia EDR3星表，使天体测量精度超越以往基于Gaia DR2的修正。
• 使PS1能够在Gaia恒星稀少的区域（尤其是暗弱或蓝色天体）中作为可靠的天体测量参考。
• 开发并应用一种迭代校正算法，考虑DCR对PS1位置的影响，同时保持与Gaia EDR3参考位置的一致性。

提出的方法

• 校正算法使用Gaia EDR3作为参考，计算点源、交叉匹配的参考天体（n ≈ 4.4亿）的PS1/Gaia EDR3赤纬残差。
• 将DCR建模为赤经和赤纬的色指数与赤纬相关偏移，主要关注赤纬，因为其受折射影响更强。
• 采用迭代方案（9次迭代）：每一步使用累积校正后的PS1位置，基于最近邻星计算中值偏移校正，以减少残差偏差。
• DCR校正以绝对形式应用，基于Gaia EDR3，避免了以往基于2MASS校正中固有的相对色指数依赖性。
• 按赤纬条带分析残差，并在数据库系统中使用PS1的堆叠和检测表应用校正。
• 该算法同时校正位置与自行，通过迭代优化以最小化空间相关残差。

实验结果

研究问题

• RQ1 与Gaia DR2相比，使用Gaia EDR3在多大程度上提升了PS1天体测量精度？
• RQ2 DCR校正对PS1系统性天体测量误差的减少程度如何，特别是在远离天顶的天体上？
• RQ3 DCR对蓝色与红色天体的影响有何不同？其随赤纬和空气质量的变化如何？
• RQ4 迭代DCR校正是否能将色指数在0至4.5之间的天体的残差误差降低至1毫角秒以下？
• RQ5 在Gaia恒星稀少的区域，校正后的PS1位置与Gaia EDR3相比精度如何？

主要发现

• 与Gaia DR2相比，Gaia EDR3使PS1天体测量精度在4.4亿参考天体中提升了约3%。
• DCR校正使参考样本整体天体测量精度额外提升了约5%。
• 对于在天顶50°处观测的蓝色天体（0 < g−i < 1），DCR校正使天体测量精度最高提升约30%。
• 对于PS1色指数在0 < g−i < 4.5范围内的天体，系统性天体测量误差已降低至1毫角秒以下。
• 即使在极端色指数恒星中，赤经与赤纬的残差偏差也均低于1毫角秒，证实校正后具有高精度。
• 改进后的天体测量星表将通过MAST的CasJobs和星表接口提供，支持在Gaia源稀疏区域的高精度应用。