Что такое «потерянный свет» в этом необычном изображении Hubble Deep Sky?

Статья Daily Galaxy «Потерянный Хаббл» - Новинка! Самое глубокое изображение Вселенной, когда-либо сделанное, говорит:

Для создания изображения группа исследователей из Института астрофизики Канарских островов (МАК) под руководством Алехандро С. Борлаффа использовала оригинальные изображения HUDF с космического телескопа Хаббла. После улучшения процесса объединения нескольких изображений группа смогла восстановить большое количество света из внешних зон самых больших галактик в HUDF. Восстановление этого света, испускаемого звездами в этих внешних зонах, было эквивалентно восстановлению света от полной галактики («размазанной» по всему полю), и для некоторых галактик этот отсутствующий свет показывает, что их диаметры почти в два раза больше, чем предварительно измерено.

Изображение выглядит действительно странно, что происходит? Есть ли техническая статья, связанная с этой работой?

Позвольте мне посмотреть, смогу ли я объяснить основную цель и выполнение этой работы.

Во-первых, картинка, над которой вы задумываетесь, является изображением «RGB яркости», в котором яркие области представлены цветом (своего рода псевдо-истинный цвет с использованием изображений, близких к инфракрасному), а вторые самые слабые части представлены черным. и очень слабые части с белым. Последние не являются «мусором», как предполагает Гоббс в своем ответе, но они условно говорят о самых шумных частях изображения, так что там мало реальной информации.

Эта статья (Borlaff et al .; см. Ссылку в ответе Гоббса) посвящена повторной обработке изображений HST в ближней инфракрасной области, первоначально сделанных около десяти лет назад, как часть сверхглубокого поля. Предыдущая обработка этих изображений (например, Koekemoer et al. 2013 ["HUDF12"] и Illingworth et al. 2013 ["XDF"]) была сосредоточена на получении информации о самых маленьких, самых слабых галактиках, которые в основном являются действительно очень далекими, высокими Сдвиг галактик. Из-за этого критическая стадия вычитания неба имела некоторые уклоны: в частности, она имела тенденцию рассматривать слабые внешние области больших, более близких галактик как часть неба, которую нужно вычесть. Это на самом деле хорошо для анализа малых, далеких галактик, но означает, что если вы делаетеЕсли вы хотите проанализировать внешние области (внешние диски, слабые звездные гало, остатки структур слияния и т. д.) более крупных, более близких галактик, у вас есть проблема, что их внешние области перетянуты (отсюда и «пропавший свет») и таким образом неизмеримо.

(Вычитаемое «небо» представляет собой комбинацию излучения определенных атомов в непрочной внешней атмосфере над HST , солнечного света, рассеянного от пылевых частиц во внутренней солнечной системе, и так называемого «внегалактического фона» = объединенного света от неразрешенного далекого галактик.)

В реферате упоминаются четыре улучшения, которые новое исследование реализовало, когда они повторно обрабатывали изображения HST: «1) создание новых абсолютных плоских полей неба, 2) расширенные модели постоянства, 3) выделенное выделение фона неба и 4) надежное совместное сложение».

Я хотел бы предположить, что третий пункт, возможно, является наиболее важным: они реализуют метод, который не вычитает слабые внешние области больших галактик, и, таким образом, получающиеся изображения все еще содержат информацию о внешних частях этих галактик.

График ниже (извлеченный из рисунка 20 статьи) иллюстрирует вид улучшения, к которому они пришли. Он показывает поверхностную яркость (в ближнем инфракрасном фильтре F105W) одной из самых больших галактик (гигантскую эллиптическую - я думаю, что это большая круглая желтая галактика в нижней середине цветного изображения) как функция радиуса (измеряется в эллиптических кольцах). Красные треугольники были измерены с использованием изображения, обработанного XDF, синие квадраты использовали изображение, обработанное HUDF12, а черные точки - заново обработанное изображение, созданное в рамках этой статьи [ABYSS]. Вы можете видеть, что точки XDF падают на радиусе около 55 кпк, точки HUDF12 падают на отметке около 90 кпк - но свет от этой галактики можно проследить до 140 кпк на изображении, обработанном ABYSS.

(Я должен отметить, что я дружу и соавтором работ с несколькими авторами, так что я могу быть немного предвзятым - но я думаю, что это действительно впечатляющая работа!)

Когда вы включаете имя ведущего исследователя в Arxiv, первым результатом поиска будет «Отсутствующий свет сверхглубокого поля Хаббла» .

3 основных шага:

• Создание небесно-плоских полей для четырех фильтров. Этот процесс полностью описан в разд. 2,4.

- Создание каталога всех наборов данных WFC3 / IR, которые могут повлиять на нашу мозаику (включая калибровочные экспозиции), чтобы создать набор улучшенных моделей персистентности для каждой экспозиции HUDF. Мы подробно описываем этот процесс в разделе 2.5.

- Загрузка и сокращение всех наборов данных WFC3 / IR, которые включают наблюдения с использованием фильтров F105W, F125W, F140W и F160W на HUDF.

Плоское поле неба:

Чтобы измерить относительную чувствительность пикселей детектора (плоское поле), оптимальным процессом будет наблюдение за однородным внешним источником света.

В основном они пытаются удалить все источники шума с изображения, пытаясь заставить слабые сигналы появляться в местах, где этот сигнал был подавлен шумом.

Постоянство моделей:

Известный эффект, который влияет на детекторы инфракрасного массива HgCdTe (как в случае с WFC3 / IR), - это постоянство. Постоянство проявляется в виде послесвечения на пикселях, которые были подвергнуты воздействию яркого источника света в предыдущей экспозиции.

Текущий метод коррекции постоянства WFC3 / IR заключается в моделировании количества электронов, которые будут создаваться постоянством в каждом пикселе всеми предыдущими экспозициями (до определенного времени), которые были сделаны до того, как исправить (Long и др. 2012).

Во время длительных экспозиций фон неба может заметно различаться, добавляя нелинейный компонент к скоростям счета, рассчитанным calwf3.

Мы индивидуально оцениваем и вычитаем фоновое излучение неба из каждого показания промежуточных файлов ima.fits.

Чтобы избежать систематических ошибок из-за присутствия дефектов в некоторых областях детектора, мы создали ручную маску качества данных, чтобы пометить эти области, если плоское поле не может полностью исправить различия в чувствительности.

Дополнительная обработка изображений для удаления фона неба:

В этом разделе мы опишем методы, используемые для удаления фона неба из отдельных экспозиций и окончательной мозаики HUDF.

Выравнивание изображения:

Как следствие, при сравнении изображений из разных посещений обычно видно, что они не совсем выровнены. Чтобы использовать все возможности разрешения WFC3, нам необходимо тщательно выровнять изображения различных посещений в едином эталонном решении мировой системы координат (далее WCS).

и как последний шаг, комбинация изображений.

Результат:

В версии XDF мозаики HUDF WFC3 / IR преобладает систематическое смещение в виде значительного чрезмерного вычитания фона неба вокруг объектов с большим угловым размером. Аналогичный результат (в меньшей степени) получен для HUDF12. Мы успешно восстанавливаем значительное количество чрезмерно вычтенного рассеянного света вокруг самых больших объектов HUDF, не обнаруженных в предыдущих версиях мозаики.

Резюме:

Они обработали изображения, чтобы выявить детали в галактиках. В промежутке между галактиками обработка изображений дает результаты с мусором (белые области), но им удалось выявить детали на краях галактик, которые были спрятаны ранее.

В ответ на пару комментариев, что ответ Гоббса немного толстый, как насчет:

Чтобы уменьшить шумовые эффекты, команда выполнила настройку плоского поля и затем суммировала несколько экспозиций, таким образом позволяя добавлять слабые сигналы, в то время как шумовые эффекты подавлялись.

Это TL; DR, который оставляет много действительно классных методов идентификации «истинных темных» и шумовых пятен по сравнению с надежными сигналами (звезды или галактики или что-то еще).