[论文解读] The LOFAR Two-metre Sky Survey - II. First data release

T. W. Shimwell, C. Tasse+105 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Nov 19, 2018

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 96被引用 175

一句话总结

本论文展示了 LoTSS 的首次公开数据发布，详细描述了在 120–168 MHz 观测的 424 deg^2 的数据，分辨率约为 6 arcsec，检测到 325,694 个源，中位灵敏度为 71 μJy/beam。

ABSTRACT

The LOFAR Two-metre Sky Survey (LoTSS) is an ongoing sensitive, high-resolution 120-168MHz survey of the entire northern sky for which observations are now 20% complete. We present our first full-quality public data release. For this data release 424 square degrees, or 2% of the eventual coverage, in the region of the HETDEX Spring Field (right ascension 10h45m00s to 15h30m00s and declination 45$^\circ$00$'$00$''$ to 57$^\circ$00$'$00$''$) were mapped using a fully automated direction-dependent calibration and imaging pipeline that we developed. A total of 325,694 sources are detected with a signal of at least five times the noise, and the source density is a factor of $\sim 10$ higher than the most sensitive existing very wide-area radio-continuum surveys. The median sensitivity is S$_{ m 144 MHz} = 71\,μ$Jy beam$^{-1}$ and the point-source completeness is 90% at an integrated flux density of 0.45mJy. The resolution of the images is 6$''$ and the positional accuracy is within 0.2$''$. This data release consists of a catalogue containing location, flux, and shape estimates together with 58 mosaic images that cover the catalogued area. In this paper we provide an overview of the data release with a focus on the processing of the LOFAR data and the characteristics of the resulting images. In two accompanying papers we provide the radio source associations and deblending and, where possible, the optical identifications of the radio sources together with the photometric redshifts and properties of the host galaxies. These data release papers are published together with a further $\sim$20 articles that highlight the scientific potential of LoTSS.

研究动机与目标

• 提供高质量、覆盖广域的北半球低频无线电 survey，分辨率约 6 arcsec，灵敏度约 100 μJy/beam。
• 为 LoTSS-DR1 提供一个全自动、基于方向的校准与成像管线。
• 生成检测到的无线电源目录，包含位置、通量和形状信息，以及供公众使用的镶嵌图像。
• 在 HETDEX 春季场区域定量评估成像质量、灵敏度、完整性以及天文位置/光度的可靠性。

提出的方法

• 在 LOFAR HBA 的 120–168 MHz 频段观测北半球，使用 8 小时驻留时间和多波束能力。
• 应用全自动的方向相关（direction-dependent）校准与成像管线（KillMS 和 ddfacet），校正电离层和波束模型误差。
• 先进行方向无关校准，建立通量标度，然后迭代进行方向相关校准与跨 45 个扇区的频谱去卷积（SSD）。
• 采用两阶段去卷积方法，结合子空间去卷积（SSD）和基于 EB Kalman 滤波的 Jones 矩阵估计来处理广场场、宽带数据。
• 镶嵌图像与源目录的产生，并以 Pan-STARRS 交叉匹配对天文位置进行校正。
• 与 VLSSr 和 WENSS 的子集源进行交叉比对，以导出六个 10-SB 块的通量尺度修正，并将这些修正应用于完整数据集。

实验结果

研究问题

• RQ1 LoTSS-DR1 的首次公开数据发布在灵敏度、分辨率和天文位置精度方面的质量与科学效用如何？
• RQ2 自动化的方向相关校准与成像管线是否能提供高保真、覆盖广域的低频射电图像，适用于稳健的源目录编制？
• RQ3 LoTSS-DR1 的源密度与完整性在与同等频率的现有广域射电 surveys 的比较中表现如何？
• RQ4 在与光学/其他射电 surveys 交叉比对时，可实现的天文定位和通量密度精度是多少？
• RQ5 在对公众发布的大型 LOFAR 数据集进行处理、存档和分发时，实际的考虑因素与瓶颈是什么？

主要发现

• DR1 覆盖 HETDEX Spring Field 的 424 deg^2，在 ≥5σ 条件下检测到 325,694 个源。
• 在 144 MHz 的中位灵敏度为 71 μJy/beam，图像分辨率为 6 arcsec。
• 在整合通量密度为 0.45 mJy 时的源完整性为 90%。
• 图像的天文定位精度在 0.2 arcsec 之内，通量密度刻度与 VLSSr 和 WENSS 进行自举（bootstrap）。
• 高分辨率图像的典型噪声范围为 60–160 μJy/beam，低分辨率图像为 100–400 μJy/beam。
• 该管线成功为 HETDEX Spring Field 生成 58 张图像（63 套数据中），因电离层条件或极亮源而有 5 次失败。