Apa "cahaya yang hilang" dalam gambar Hubble Deep Sky yang tidak biasa ini?

Artikel Daily Galaxy "The Lost Hubble" –Baru! Gambar terdalam dari alam semesta yang pernah diambil mengatakan:

Untuk menghasilkan gambar, sekelompok peneliti dari Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) yang dipimpin oleh Alejandro S. Borlaff menggunakan gambar HUDF asli dari Hubble Space Telescope. Setelah meningkatkan proses menggabungkan beberapa gambar, kelompok ini mampu memulihkan sejumlah besar cahaya dari zona luar galaksi terbesar di HUDF. Memulihkan cahaya ini, yang dipancarkan oleh bintang-bintang di zona terluar ini, setara dengan memulihkan cahaya dari galaksi lengkap ("dioleskan" di seluruh bidang) dan untuk beberapa galaksi, cahaya yang hilang ini menunjukkan bahwa mereka memiliki diameter hampir dua kali lebih besar dari diukur sebelumnya.

Gambarnya terlihat sangat aneh, apa yang terjadi? Apakah ada artikel teknis yang terkait dengan pekerjaan ini?

Biarkan saya melihat apakah saya bisa menjelaskan tujuan utama dan pencapaian pekerjaan ini.

Pertama: gambar yang membingungkan Anda adalah gambar "luminance RGB", di mana daerah terang diwakili oleh warna (semacam warna pseudo-benar menggunakan gambar inframerah-dekat), dengan bagian samar kedua diwakili dengan hitam dan bagian yang paling samar dengan warna putih. Yang terakhir ini bukan "sampah", seperti yang dikatakan Hobbes dalam jawaban mereka, tetapi mereka secara relatif berbicara bagian paling berisik dari gambar, jadi hanya ada sedikit informasi nyata yang dapat ditemukan di sana.

Makalah ini (Borlaff et al.; Lihat tautan dalam jawaban Hobbes) adalah tentang pemrosesan ulang gambar HST near-infrared yang awalnya diambil sekitar sepuluh tahun lalu sebagai bagian dari Ultra Deep Field. Pemrosesan sebelumnya dari gambar-gambar ini (misalnya, Koekemoer et al. 2013 ["HUDF12"] dan Illingworth et al. 2013 ["XDF"]) difokuskan pada mendapatkan informasi tentang galaksi terkecil, paling samar, yang sebagian besar sangat jauh, tinggi. galaksi -paling cepat. Karena itu, tahap penting pengurangan langit memiliki beberapa bias: khususnya, cenderung memperlakukan daerah luar samar dari galaksi besar yang lebih dekat sebagai bagian dari langit yang akan dikurangi. Ini sebenarnya bagus untuk analisis galaksi-galaksi kecil yang jauh, tetapi artinya jika Anda melakukannyaingin menganalisis daerah terluar (cakram luar, lingkaran bintang yang samar, sisa-sisa struktur merger, dll.) dari galaksi yang lebih besar dan lebih dekat, Anda memiliki masalah bahwa daerah terluarnya terlalu banyak dikurangkan (karenanya "lampu hilang") dan dengan demikian tidak terukur.

("Langit" yang dikurangkan adalah kombinasi emisi dari atom-atom tertentu di atmosfer luar yang rawan di atas HST , sinar matahari yang tersebar dari butiran debu di tata surya bagian dalam, dan apa yang disebut "latar belakang extragalactic" = cahaya gabungan dari jauh yang belum terselesaikan) galaksi.)

Abstrak menyebutkan empat peningkatan yang diterapkan studi baru ketika mereka memproses ulang gambar HST: "1) penciptaan bidang datar langit mutlak baru, 2) model ketekunan yang diperpanjang, 3) pengurangan latar belakang langit khusus dan 4) penambahan yang kuat."

Saya akan menyarankan bahwa item ketiga mungkin yang paling penting: mereka menerapkan metode yang tidak mengurangi daerah luar samar dari galaksi yang lebih besar, dan dengan demikian gambar yang dihasilkan masih memiliki informasi tentang bagian luar galaksi ini.

Plot di bawah ini (diekstraksi dari Gambar 20 dari makalah ini) menggambarkan jenis perbaikan yang mereka kejar. Ini menunjukkan kecerahan permukaan (dalam filter inframerah-dekat F105W) dari salah satu galaksi terbesar (elips raksasa - saya pikir itu adalah galaksi besar, bulat, kuning di tengah bawah gambar warna) sebagai fungsi jari-jari (diukur dalam annuli elips). Segitiga merah diukur menggunakan gambar yang diproses XDF, kotak biru menggunakan gambar yang diproses HUDF12, dan titik hitam menggunakan gambar yang baru diproses ulang yang diproduksi sebagai bagian dari makalah ini [ABYSS]. Anda dapat melihat bahwa titik-titik XDF jatuh pada radius sekitar 55 kpc, titik-titik HUDF12 jatuh di sekitar 90 kpc - tetapi cahaya dari galaksi ini dapat ditelusuri hingga 140 kpc dalam gambar yang diproses ulang ABYSS.

(Saya harus menunjukkan bahwa saya berteman dengan, dan memiliki makalah bersama dengan, beberapa penulis, jadi saya mungkin sedikit bias - tapi saya pikir ini adalah pekerjaan yang sangat mengesankan!)

Saat Anda memasukkan nama peneliti utama ke Arxiv, hasil pencarian pertama adalah Cahaya yang hilang dari Hubble Ultra Deep Field .

3 langkah utama:

• Pembuatan bidang bidang datar untuk keempat filter. Proses ini sepenuhnya dijelaskan dalam Bagian. 2.4.

- Pembuatan katalog semua dataset WFC3 / IR yang dapat memengaruhi mosaik kami (termasuk paparan kalibrasi) untuk menghasilkan serangkaian model persistensi yang ditingkatkan untuk setiap paparan HUDF. Kami merinci proses ini di Sect. 2.5.

- Unduh dan reduksi semua dataset WFC3 / IR yang mencakup pengamatan menggunakan filter F105W, F125W, F140W dan F160W pada HUDF.

Bidang langit datar:

Untuk mengukur sensitivitas relatif piksel detektor (bidang datar), proses optimal adalah mengamati sumber cahaya eksternal yang seragam.

Pada dasarnya mereka mencoba untuk menghilangkan semua sumber kebisingan dari gambar, dalam upaya untuk membuat sinyal redup muncul di tempat-tempat di mana sinyal itu telah diliputi oleh noise.

Model ketekunan:

Efek yang diketahui yang memengaruhi detektor array IR HgCdTe (seperti halnya WFC3 / IR) adalah kegigihan. Kegigihan muncul sebagai kilau cahaya pada piksel yang terpapar ke sumber cahaya terang pada paparan sebelumnya.

Metode saat ini dari koreksi persistensi WFC3 / IR terdiri dalam pemodelan jumlah elektron yang akan dibuat oleh kegigihan di setiap piksel oleh semua eksposur sebelumnya (hingga waktu tertentu) yang diambil sebelum yang mengoreksi (Panjang et al. 2012).

Selama eksposur lama, latar belakang langit dapat sangat bervariasi, memperkenalkan komponen non-linear ke tingkat penghitungan yang dihitung oleh calwf3.

Kami secara individual memperkirakan dan mengurangi emisi latar belakang langit dari setiap pembacaan file intermediate ima.fits.

Untuk menghindari bias sistematis karena adanya cacat di beberapa daerah detektor, kami membuat topeng kualitas data manual untuk menandai daerah-daerah tersebut karena bidang datar tidak dapat sepenuhnya memperbaiki perbedaan sensitivitas.

Lebih banyak pemrosesan gambar untuk menghapus latar belakang langit:

Dalam Bagian ini kami menjelaskan metode yang digunakan untuk menghapus latar belakang langit dari paparan individu dan mosaik terakhir HUDF.

Penjajaran gambar:

Akibatnya, ketika membandingkan gambar dari kunjungan yang berbeda, biasanya terlihat bahwa mereka tidak benar-benar sejajar. Untuk mengeksploitasi kemampuan penyelesaian penuh dari WFC3, kita perlu menyelaraskan kembali gambar-gambar dari kunjungan yang berbeda ke solusi sistem koordinat dunia referensi tunggal (WCS selanjutnya).

dan sebagai langkah terakhir, kombinasi gambar.

Hasil:

Versi XDF dari mosaik HUDF WFC3 / IR didominasi oleh bias sistematis dalam bentuk kelebihan kelebihan yang signifikan dari latar belakang langit di sekitar objek dengan ukuran sudut besar. Hasil yang serupa (pada tingkat lebih rendah) diperoleh untuk HUDF12. Kami berhasil memulihkan sejumlah besar cahaya difus yang terlalu banyak dikurangkan di sekitar objek terbesar HUDF, tidak terdeteksi oleh versi mosaik sebelumnya.

Ringkasan:

Mereka telah memproses gambar untuk memunculkan detail di galaksi. Di ruang antara galaksi, pemrosesan gambar memberikan hasil sampah (area putih), tetapi mereka telah berhasil mengeluarkan detail di tepi galaksi yang tersembunyi sebelumnya.

Menanggapi beberapa komentar bahwa jawaban Hobbes agak tebal, bagaimana:

Untuk mengurangi efek kebisingan, tim melakukan penyesuaian bidang datar dan kemudian menjumlahkan banyak paparan, sehingga memungkinkan sinyal lemah untuk ditambahkan sementara efek kebisingan dibatalkan.

Itulah TL; DR yang menyisakan banyak metode yang sangat keren untuk mengidentifikasi "true dark" dan patch noise vs. sinyal yang dapat diandalkan (bintang atau galaksi atau apa pun).