[论文解读] The SDSS Coadd: 275 deg^2 of Deep SDSS Imaging on Stripe 82

J. Annis, M. Soares-Santos+18 more|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 56被引用 107

一句话总结

本文介绍了在斯莱特82区利用重复的SDSS观测数据构建并表征的深度共加成成像调查，覆盖275平方度，对星系的深度达到r ≈ 23.5，对恒星的深度达到r ≈ 24.3。通过将20余次独立扫描以信噪比加权叠加，结合PSF建模与光度校准，最终生成的星表提供了一个高保真度、均匀一致的光度数据集，r波段平均视宁度为1.1″，g、r、i波段光度精度为0.5%，u、z波段为1%，支持高精度光度测量与宇宙学研究。

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.

研究动机与目标

• 利用重复的SDSS观测数据，在斯莱特82区构建深度共加成成像调查，以超越单次观测SDSS数据的光度深度。
• 开发并验证一个稳健的图像共加成流程，确保在多个观测历元中保持光度准确性和天体测量保真度。
• 将共加成数据校准至1%以内的光度精度，并准确建模PSF，以支持五波段高精度光度测量。
• 识别并缓解由于PSF建模缺陷导致的星系-恒星分类中的系统性问题。
• 生成一个公开可访问、均匀一致、高保真度的光度星表，用于宇宙学、星系演化及弱引力透镜研究。

提出的方法

• 使用信噪比加权叠加方法，对u、g、r、i、z波段的20余次独立SDSS成像观测进行共加成，整合反方差图与视宁度校正。
• 采用相对光度校准方案，将不同时期的校准与未校准数据对齐。
• 通过叠加每次曝光的PSF，对PSF进行建模，以支持精确的光度测量与形状测量。
• 使用SDSS PHOTO流程从共加成图像中生成源星表，包括光度、天体测量与形态参数。
• 利用高质量恒星星表（Ivezić et al. 2007）验证光度准确性，并通过颜色-颜色图与星数计数进行交叉检查。
• 通过PSF模型与星等图识别系统性误分类区域，并利用VVDS光谱数据进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何对斯莱特82区的重复SDSS成像进行共加成，以实现更深的光度深度，同时保持光度与天体测量的准确性？
• RQ2 共加成过程中PSF建模在多大程度上支持对恒星与星系源的五波段高精度光度测量？
• RQ3 PSF建模不准确会引发哪些星系-恒星分类中的系统性误差？如何检测并纠正这些误差？
• RQ4 共加成数据在星数计数与颜色分布方面与预期的银河系结构模型匹配程度如何？
• RQ5 最终共加成星表的光度精度与深度如何？与单次观测SDSS数据相比表现如何？

主要发现

• 共加成成像在星系上达到50%完整度极限的r ≈ 23.5，在恒星上达到r ≈ 24.3，相比单次观测SDSS数据提升了约2个星等。
• r波段平均视宁度为1.1″，相比单次观测数据的1.4″有所改善，且波段间视宁度比例与Kolmogorov湍流模型一致。
• 光度精度在g、r、i波段为0.5%，在u、z波段为1%，经Ivezić et al. (2007) 恒星星表验证。
• 恒星的颜色-颜色图呈现出清晰、狭窄的恒星序列，证实了高保真度光度测量与准确的PSF建模。
• 轻微的PSF建模偏差导致在PSF模型与星等空间出现一个区域，其中恒星被误分类为星系，该结果经VVDS光谱数据确认。
• 最终星表包含1300万颗星系，是目前完整达到r=23.5深度的最大规模均匀高精度光度星表，已通过SDSS DR7公开发布。