[论文解读] WebPlotDigitizer, a polyvalent and free software to extract spectra from old astronomical publications: application to ultraviolet spectropolarimetry

Frédéric Marin, A. Rohatgi+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 32

一句话总结

本文介绍了 WebPlotDigitizer，一款免费的开源网络工具，可从扫描的天文物出版物中准确提取光谱数据。通过从档案数据中汇编出 NGC 1068 的首张综合紫外偏振光谱，展示了该工具的有效性，强调了未来如 LUVOIR 的 POLLUX 仪器这类高分辨率光谱偏振测量任务的必要性。

ABSTRACT

In this contribution, we present WebPlotDigitizer, a polyvalent and free software developed to facilitate easy and accurate data extraction from a variety of plot types. We describe the numerous features of this numerical tool and present its relevance when applied to astrophysical archival research. We exploit WebPlotDigitizer to extract ultraviolet spectropolarimetric spectra from old publications that used the Hubble Space Telescope, Lick Observatory 3m Shane telescope and Astro-2 mission to observe the Seyfert-2 AGN NGC 1068. By doing so, we compile all the existing ultraviolet polarimetric data on NGC 1068 to prepare the ground for further investigations with the future high-resolution spectropolarimeter POLLUX on-board of the proposed Large UV/Optical/Infrared Surveyor (LUVOIR) NASA mission.

研究动机与目标

• 解决从数字化时代前的出版物中获取档案天体物理学数据的挑战，这些数据未存储在现代数据库中。
• 提供一种免费、多功能且准确的工具，用于从旧科学论文中的扫描图中数字化光谱。
• 展示 WebPlotDigitizer 在汇编关键活动星系核源 NGC 1068 历史紫外光谱偏振数据方面的实用性。
• 通过识别现有数据覆盖的空白，为未来高分辨率偏振研究奠定基础。
• 支持在 LUVOIR 空间任务上提出的 POLLUX 光谱偏振仪的科学论证。

提出的方法

• WebPlotDigitizer 使用仿射变换，通过用户在 X 轴和 Y 轴上定义的校准点，将扫描图像中的像素坐标映射为物理数据值。
• 该软件支持手动和自动两种数据提取模式，其中自动模式利用图像处理技术，基于颜色和对比度检测数据点。
• 用户通过虚拟笔或框选区域定义感兴趣区域，算法通过识别前景颜色来检测数据点，同时忽略背景和标签。
• 该工具允许通过调整检测参数、遮蔽错误区域并重新运行算法来迭代优化，以提高准确性。
• 提取的数据点以表格格式导出，支持按变量或距离排序，可直接用于建模和分析。
• 该方法被用于从三篇关于 NGC 1068 的关键出版物中的紫外光谱偏振图中提取总流量、偏振度和位置角。

实验结果

研究问题

• RQ1 WebPlotDigitizer 能否从旧天文物出版物中的低分辨率扫描图中准确提取光谱数据？
• RQ2 使用免费数字工具从多个分散来源汇编历史紫外偏振数据的可行性与准确性如何？
• RQ3 现有 NGC 1068 紫外偏振数据的综合光谱覆盖范围与高分辨率偏振研究需求相比如何？
• RQ4 数字化档案数据在多大程度上可支持未来高分辨率光谱偏振仪（如 POLLUX）的科学论证？
• RQ5 NGC 1068 的综合紫外偏振光谱是否能揭示单个数据集中不明显的结构或物理信息？

主要发现

• WebPlotDigitizer 从 NGC 1068 的三篇关键出版物中成功提取了紫外光谱偏振数据，包括哈勃空间望远镜、利克天文台和 Astro-2 任务的观测结果。
• 尽管因屏幕显示导致分辨率下降，该工具在重现光谱特征（包括发射线和吸收线）方面表现出高准确性。
• 通过归一化并合并三组来源的总流量光谱，创建了 NGC 1068 的综合紫外偏振光谱，揭示了显著的波长间隙和低分辨率。
• 该综合光谱凸显了紫外波段中连续、高分辨率偏振覆盖的缺乏，尤其体现在偏振度和位置角上。
• 本研究证明，WebPlotDigitizer 能够实现快速、零成本的档案数据访问，减少对高需求设施新观测时间的需求。
• 汇编的数据集为测试类星体喷流和尘埃风几何结构的模型提供了关键基线，支持了 LUVOIR 上 proposed POLLUX 仪器的科学论证。