<< 2.1 Osnovnye etapy ... | Oglavlenie | 2.3 Standartnye pakety programm >>
2.2 Problemy i tochnost'
Na tochnost' poverhnostnoi fotometrii vliyaet mnozhestvo faktorov. Odni iz nih privodyat k smesheniyu nul'-punkta shkaly zvezdnyh velichin, drugie pereraspredelyayut energiyu v fokal'noi ploskosti teleskopa i, sledovatel'no, izmenyayut raspredelenie poverhnostnoi yarkosti, tret'i prosto vnosyat sluchainye oshibki. Dalee my rassmotrim tol'ko tri naibolee sushestvennyh iz nih. Podrobnoe obsuzhdenie razlichnyh istochnikov oshibok v fotometrii galaktik mozhno naiti, naprimer, v stat'yah [19,20,23,31,32].
2.2.1 Fon neba
Naibolee ser'eznoi problemoi v fotometrii protyazhennyh ob'ektov yavlyaetsya to, chto galaktiki nablyudayutsya na fone nochnogo neba, izluchenie kotorogo daet zametnyi vklad v raspredelenie yarkosti izuchaemyh ob'ektov (osobenno v ih slabyh periferiinyh oblastyah) [20]. Fon neba vliyaet takzhe na obnaruzhenie galaktik, na tochnost' izmereniya ih zvezdnyh velichin i pokazatelei cveta.
Osnovnoi vklad v yarkost' bezlunnogo nochnogo neba dayut sleduyushie sostavlyayushie:
- --- svechenie atmosfery, obuslovlennoe fotohimicheskimi processami v ee verhnih sloyah;
- --- zodiakal'nyi svet -- rasseyannoe na mezhplanetnoi pyli izluchenie Solnca;
- --- izluchenie slabyh i nerazreshennyh zvezd nashei Galaktiki;
- --- diffuznoe izluchenie ot dalekih, slabyh galaktik.
Drugie faktory, vliyanie kotoryh na yarkost' fona neba zametno men'she, -- eto variacii mezhzvezdnogo poglosheniya v Galaktike; slabye otrazhatel'nye i emissionnye tumannosti Galaktiki; protyazhennye oreoly ot yarkih zvezd, raspolozhennyh vblizi nablyudaemyh ob'ektov (impul'snye otkliki (PSF -- sm. p. 2.2.2) takih zvezd mogut proslezhivat'sya do ).
Otnositel'nyi vklad etih sostavlyayushih v obshuyu yarkost' neba var'iruetsya v zavisimosti ot polozheniya nablyudatelya na Zemle. On zavisit takzhe ot galakticheskih i eklipticheskih koordinat nablyudaemogo ob'ekta. Soglasno [33] osnovnoi vklad v nablyudaemyi fon neba (pri nablyudeniyah v zenite, bez Luny, vdali ot ploskostei ekliptiki i Mlechnogo Puti, a takzhe v minimume solnechnoi aktivnosti) vnosyat svechenie atmosfery (2/3) i zodiakal'nyi svet (1/3). Svechenie atmosfery izmenyaetsya na masshtabah vremeni 2-3 minuty i ono privodit k variaciyam srednego urovnya fona neba v predelah 2% [20]. Krome togo, svechenie atmosfery zavisit ot fazy cikla solnechnoi aktivnosti (eti variacii mogut dostigat' faktora 4-5 [34]).
V bezlunnye yasnye nochi poverhnostnaya yarkost' fona neba v zenite v mestah s horoshim astroklimatom v cvetovoi polose sostavlyaet =22.5-23.0 [33,34,35]. S udaleniem ot zenita yarkost' fona uvelichivaetsya. Etot rost mozhet byt' opisan sleduyushei priblizhennoi formuloi [36]: , gde i -- eto poverhnostnye yarkosti fona neba v zenite i v tochke nablyudenii, a -- sootvetstvuyushee zenitnoe rasstoyanie v radianah (sm. ris. 2). Pri bol'shih zenitnyh rasstoyaniyah ( ) luchshe ispol'zovat' bolee tochnuyu approksimaciyu (naprimer, privedennuyu v [37]). Fon neba yavlyaetsya otnositel'no ``krasnym'' -- ego pokazateli cveta blizki k cvetam ellipticheskih galaktik ( [33,34,35]).
Poverhnostnaya yarkost' fona neba pri nablyudeniyah na panoramnom priemnike (PZS-matrice, fotoplastinke) yavlyaetsya funkciei koordinat elementa izobrazheniya (piksela) -- . Togda dlya nahozhdeniya poverhnostnoi yarkosti galaktiki v kakoi-libo tochke neobhodimo iz nablyudaemogo (galaktika + fon) znacheniya yarkosti vychest' znachenie fona: . Klyuchevym etapom pri etom yavlyaetsya opredelenie poverhnostnoi yarkosti fona v oblasti, zanimaemoi galaktikoi. Kak pravilo, dlya etogo osushestvlyaetsya dvumernaya interpolyaciya fona, naidennogo v oblasti kadra vne issleduemoi galaktiki, v oblast', zanimaemuyu ob'ektom. Pri etom tochnost' interpolyacii zavisit ot sootnosheniya mezhdu ploshad'yu, po kotoroi nahodilos' priblizhenie fona, i ploshad'yu, zanimaemoi galaktikoi: chem bol'she otnoshenie etih ploshadei, tem tochnee mozhno ocenit' fon pod galaktikoi. Na praktike, odnako, vybor svobodnoi ot galaktiki chasti kadra chasto zatrudnen iz-za nebol'shogo razmera samogo kadra, perekrytiya izobrazhenii galaktik vo vzaimodeistvuyushih sistemah, gruppah i skopleniyah, i iz-za vozmozhnogo nalichiya u galaktik slabyh vneshnih obolochek.
Interpolyaciya fona v oblast' ob'ekta predpolagaet, chto fon raspredelen regulyarnym, predskazuemym obrazom i, sledovatel'no, ego sluchainye fluktuacii ne mogut byt' uchteny. V central'nyh oblastyah galaktik, gde , vklad etih sluchainyh otklonenii poverhnostnoi yarkosti prenebrezhimo mal. Naprimer, dlya i otnositel'noi oshibke fona v oblasti ob'ekta sootvetstvuet oshibka v zvezdnyh velichinah 0.001. Odnako na periferii galaktik, gde , vklad oshibok ocenki fona mozhet stat' dominiruyushim. Naprimer, pri i otnositel'naya pogreshnost' fona privodit k oshibke 0.1. Esli zhe , to oshibka prevyshaet 1. (Privedennye vyshe chislovye primery vzyaty iz stat'i [20].)
Na ris. 3 po analogii s tem, kak eto bylo sdelano v [20,26], my illyustriruem vliyanie netochnogo ucheta fona neba na raspredelenie poverhnostnoi yarkosti u dvuh model'nyh galaktik -- ellipticheskoi, zadavaemoi zakonom Vokulera (p. 4.1), i spiral'noi, raspredelenie poverhnostnoi yarkosti u kotoroi opisyvaetsya eksponencial'nym zakonom (p. 5.1). Model' ellipticheskoi galaktiki vzyata s effektivnoi poverhnostnoi yarkost'yu1 (kak u standartnoi ellipticheskoi galaktiki NGC 3379 soglasno [38]), dlya spiral'noi galaktiki znachenie central'noi poverhnostnoi yarkosti diska prinyato ravnym [39]. Znachenie yarkosti fona neba dlya pokazannyh na ris. 2 primerov sostavlyaet . Osi absciss na ris. 2 razmecheny v bezrazmernyh edinicah: v dolyah effektivnogo radiusa dlya ellipticheskoi galaktiki i v dolyah eksponencial'nogo masshtaba diska dlya spiral'noi galaktiki.
Kak vidno na ris. 3, netochnyi uchet fona neba pri fotometrii mozhet privesti k sil'nomu iskazheniyu periferiinyh oblastei galaktik: mozhno legko poluchit' usechennye raspredeleniya yarkosti (shtrihovye linii), a mozhno, naoborot, ``otkryt''' protyazhennye obolochki (linii iz tochek).
Kapachchioli i Vokuler [20] zaklyuchili, chto statisticheskie fluktuacii fona neba ogranichivayut oblast' otnositel'no tochnoi nazemnoi poverhnostnoi fotometrii galaktik urovnem yarkosti (ili 0.4 /pk). Etot predel ne mozhet byt' sil'no ponizhen i pri nablyudeniyah iz kosmosa, tak kak pri etom isklyuchaetsya tol'ko pervaya iz perechislennyh ranee sostavlyayushih fona (svechenie verhnih sloev atmosfery).
V naibolee tshatel'nyh nazemnyh fotometricheskih issledovaniyah galaktiki, deistvitel'no, proslezhivayutsya do (naprimer, [38]). V rabote [32] dlya fotometrii spiral'noi galaktiki NGC 5907 byli ispol'zovany srednepolosnye fil'try, vybrannye tak, chtoby v nih ne popali naibolee intensivnye i peremennye linii izlucheniya nochnogo neba (central'nye dliny voln fil'trov ravny 6660Å i 8020Å, shiriny -- 480Å i 260Å sootvetstvenno). Eto pozvolilo avtoram uchest' vklad fona s tochnost'yu 0.05% i prosledit' raspredelenie yarkosti u galaktiki vplot' do (ili do ) s oshibkoi 1. Nablyudeniya na Kosmicheskom Teleskope (KT) imeni Habbla s pomosh'yu WFPC2 za neskol'ko chasov ekspozicii takzhe pozvolyayut izuchit' galaktiki do primerno takogo zhe predela [40].
2.2.2 PSF
Nablyudaemoe v fokal'noi ploskosti teleskopa izobrazhenie ob'ekta iskazheno sovmestnym vliyaniem atmosfery i opticheskoi sistemy. Nestabil'nost' opticheskih svoistv atmosfery privodit k tomu, chto izobrazhenie tochechnogo istochnika (naprimer, zvezdy) yavlyaetsya neustoichivym turbulentnym diskom. Krome togo, podobnoe zhe ``razmytie'' izobrazheniya proizvoditsya i teleskopicheskoi sistemoi, poskol'ku ona vsegda obladaet ostatochnymi sfericheskimi aberraciyami, vyzvannymi oshibkami v izgotovlenii optiki i temperaturnymi deformaciyami zerkal. Netochnosti gidirovki i defokusirovka takzhe uhudshayut izobrazheniya.
Predpolozhiv, chto vse eti iskazheniya yavlyayutsya lineinymi i prostranstvenno invariantnymi, svyaz' nablyudaemogo () i istinnogo () izobrazhenii ob'ekta mozhno predstavit' sleduyushim obrazom: , gde funkciya nazyvaetsya impul'snoi harakteristikoi iskazhayushei sistemy (v nashem sluchae takoi sistemoi yavlyaetsya atmosfera+teleskop) ili peredatochnoi funkciei. V angloyazychnoi literature dlya nazvaniya chasto ispol'zuetsya abbreviatura PSF (point spread function - funkciya rasseyaniya tochki). V kachestve eksperimental'noi realizacii PSF v astronomii obychno ispol'zuyut profili zvezdnyh izobrazhenii. Kak pravilo, v kachestve analiticheskoi approksimacii PSF rassmatrivayut gaussianu i ee razlichnye modifikacii (naprimer, gaussiana s eksponencial'nymi kryl'yami, superpoziciya neskol'kih gaussian). V pakete programm IRAF (sm. dalee p. 2.3) v kachestve ``standartnoi'' PSF primenyaetsya funkciya Moffata (Moffat function) [41]: , gde parametr harakterizuet shirinu PSF, a -- konstanta (obychno ispol'zuyutsya znacheniya ).
``Razmytie'' izobrazheniya mozhet sushestvenno povliyat' na raspredelenie poverhnostnoi yarkosti v central'nyh oblastyah galaktik. Osobenno sil'no ono skazyvaetsya na dalekih ob'ektah, razmery kotoryh sravnimy s shirinoi PSF. K primeru, nazemnye i kosmicheskie issledovaniya podstilayushih galaktik kvazarov, izuchenie Fundamental'noi Ploskosti dlya galaktik rannih tipov (sm. p. 8.2) -- eti raboty nevozmozhny bez tshatel'nogo ucheta vliyaniya PSF na fotometricheskie harakteristiki ob'ektov (naprimer, [42,43]).
Vliyanie PSF (ili ``kachestva izobrazheniya'') iskazhaet izmereniya vidimyh
zvezdnyh velichin () i poverhnostnyh yarkostei
vblizi ot yadra galaktiki, privodit k uvelicheniyu
effektivnogo radiusa , a takzhe k umen'sheniyu vidimoi elliptichnosti izofot
(
, gde i -- eto bol'shaya i malaya poluosi
approksimiruyushego dannuyu izofotu ellipsa).
Dlya opisaniya etogo effekta bylo predlozheno neskol'ko analiticheskih
vyrazhenii. Naprimer, Pare [42] byli predlozheny
sleduyushie formuly dlya korrekcii nablyudenii ellipticheskih galaktik
(a takzhe opisyvaemyh zakonom Vokulera baldzhei spiral'nyh galaktik):
gde -- eto radius krugloi diafragmy, s kotoroi vypolnyayutsya izmereniya, a -- FWHM (polnaya shirina na polovine maksimuma intensivnosti) impul'snoi harakteristiki (PSF). Oblast' primeneniya dlya formuly (3) -- , ; dlya (4) -- i ; dlya (5) -- , . Velichiny popravok, naidennye po formulam Pare, nahodyatsya v soglasii s korrekciyami, predlozhennymi drugimi avtorami (sm. [44,45,46]).
() | () | () | |
2 | -0.445 | -0.199 | -0.081 |
3 | -0.211 | -0.094 | -0.039 |
4 | -0.123 | -0.055 | -0.022 |
5 | -0.080 | -0.036 | -0.015 |
10 | -0.021 | -0.009 | -0.004 |
() | () | () | |
1.1 | -0.177 | -0.353 | -0.618 |
2 | -0.053 | -0.107 | -0.187 |
3 | -0.024 | -0.048 | -0.083 |
4 | -0.013 | -0.027 | -0.047 |
5 | -0.009 | -0.017 | -0.030 |
() | () | () | |
1 | 0.334 | 0.302 | 0.270 |
2 | 0.083 | 0.075 | 0.067 |
3 | 0.037 | 0.034 | 0.030 |
4 | 0.021 | 0.019 | 0.017 |
5 | 0.013 | 0.012 | 0.011 |
V tablicah 1-3 privedeny rezul'taty raschetov po formulam (3-5). Ochevidno, chto, kogda rassmatrivaetsya central'naya oblast' galaktiki, sravnimaya s shirinoi PSF, ``kachestvo izobrazheniya'' ochen' sil'no vliyaet na ee nablyudaemye harakteristiki. Naprimer, esli standartnaya ellipticheskaya galaktika NGC 3379 budet nahoditsya na umerennom krasnom smeshenii , to pri znacheniyah parametra zamedleniya i postoyannoi Habbla H=65 km/s/Mpk ee effektivnomu radiusu kpk [38] budet sootvetstvovat' uglovoi razmer 0.5. Predpolozhim, chto my nablyudaem etu galaktiku v meste s ochen' horoshim ``kachestvom izobrazheniya'' -- F=FWHM=0.5. Togda, pri izmerenii s krugloi diafragmoi diametrom 1.0, my nedoocenim ee vidimuyu zvezdnuyu velichinu na 0.33. Znachenie poverhnostnoi yarkosti na rasstoyanii 1.0 (ili 5.5 kpk) ot yadra galaktiki budet zanizheno na 0.45. V predelah 0.5 ot yadra izofoty galaktiki budut kruglymi.
V [47] privedeno obshee analiticheskoe issledovanie zadachi ob ispravlenii harakteristik raspredeleniya yarkosti, opisyvaemogo formuloi Sersika (sm. dalee p. 4.2), za vliyanie PSF, predstavlennoi gaussianoi. Reshenie zadachi predstavleno v vide razlozhenii po gipergeometricheskim funkciyam. Okazalos', chto atmosfernoe razmytie v naibol'shei stepeni vliyaet na parametr (formula (25)), harakterizuyushii formu raspredeleniya yarkosti.
2.2.3 Nul'-punkt shkaly zvezdnyh velichin
Nul'-punkt shkaly zvezdnyh velichin obychno ustanavlivaetsya po
nablyudeniyam fotometricheskih standartov -- zvezd s horosho izvestnymi
vidimymi zvezdnymi velichinami (s oshibkoi ),
naprimer, iz spiska Landol'ta [48].
Zvezdy nablyudayutsya neskol'ko raz v techenii dannoi
nochi i po ih nablyudeniyam stroyatsya sootnosheniya mezhdu instrumental'nymi
zvezdnymi velichinami i velichinami v standartnoi sisteme [49].
Esli instrumental'naya i standartnaya (naprimer, -sistema Dzhonsona
i Morgana) sistemy blizki, to svyaz' mezhdu nimi mozhet byt' predstavlena
v vide lineinyh uravnenii:
,
,
,
gde , i -- vneatmosfernye velichiny zvezd v instrumental'noi
sisteme, a , , -- sootvetstvuyushie im velichiny v
standartnoi. V ideal'nom sluchae, to est' togda, kogda sistemy sovpadayut,
i . Vneatmosfernaya instrumental'naya zvezdnaya
velichina (naprimer, ) obychno zapisyvaetsya tak:
,
gde -- summarnaya otnositel'naya yarkost' zvezdy, --
prodolzhitel'nost' ekspozicii, -- koefficient atmosfernoi
ekstinkcii (poglosheniya) v dannoi cvetovoi polose i -- vozdushnaya
massa. Dlya ne ochen' bol'shih znachenii zenitnogo rasstoyaniya
(
) mozhno schitat', chto
.
Na praktike pri obrabotke nablyudenii chasto ispol'zuyut
srednie znacheniya koefficientov poglosheniya , kotorye, kak pravilo,
uzhe izvestny dlya mnogih observatorii po rezul'tatam vypolnennyh
ranee nablyudenii. Procedura tochnogo opredeleniya koefficientov
ekstincii podrobno opisana v stat'e Hardi [49].
Pri vybore zvezd-standartov zhelatel'no, chtoby diapazon izmeneniya ih pokazatelei cveta sootvetstvoval ili perekryval diapazon izmeneniya pokazatelei cveta nablyudayushihsya v techenie dannoi nochi galaktik. Pri tshatel'nyh nablyudeniyah i izmereniyah tochnost' nul'-punkta shkaly zvezdnyh velichin po nablyudeniyam standartov mozhet byt' ne huzhe .
Drugoi rasprostranennyi sposob standartizacii fotometricheskih dannyh - eto privyazka k fotoelektricheskim izmereniyam issleduemoi galaktiki, vypolnennym s ispol'zovaniem diafragm raznogo razmera (kak pravilo, diafragmy centriruyutsya na yadro). V etom sluchae na tochnost' nul'-punkta vliyaet pogreshnost' fotoelektricheskih izmerenii, a takzhe tochnost' vystavleniya izmeritel'noi diafragmy na yadro. V sluchae neakkuratnogo centrirovaniya oshibka nul'-punkta shkaly zvezdnyh velichin zavisit ot otnositel'noi velichiny smesheniya diafragmy, a takzhe ot zakona raspredeleniya poverhnostnoi yarkosti v galaktike i ot velichiny harakternogo masshtaba etogo raspredeleniya. Velichiny oshibok centrirovaniya dlya modeli ellipticheskoi galaktiki privedeny na ris. 2 v stat'e [20]. V sluchae akkuratnogo vystavleniya diafragm oshibki centrirovaniya ne prevyshayut neskol'kih sotyh zvezdnoi velichiny.
Dlya privyazki PZS i fotograficheskih dannyh udobno ispol'zovat' katalog Longo i Vokulera [50], summiruyushii rezul'taty fotoelektricheskih nablyudenii dlya neskol'kih tysyach galaktik. Krome togo, rezul'taty original'nyh fotoelektricheskih nablyudenii i sootvetstvuyushie ssylki mozhno naiti v bazah vnegalakticheskih dannyh - naprimer, v NED (NASA/IPAC Extragalactic Database -- sm. http://nedwww.ipac.caltech.edu) [51] ili Hypercat (http://www-obs.univ-lyon1.fr/hypercat) [52].
Sredi drugih sposobov standartizacii poverhnostnoi fotometrii mozhno otmetit' privyazku k fotoelektricheskim izmereniyam fona neba vblizi ot issleduemogo ob'ekta [53], a takzhe k fotoelektricheskim skanam galaktiki.
<< 2.1 Osnovnye etapy poverhnostnoi | Oglavlenie | 2.3 Standartnye pakety ... >>
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Fotometricheskaya sistema - slabye galaktiki - Skoplenie galaktik - fotometriya
Publikacii so slovami: Fotometricheskaya sistema - slabye galaktiki - Skoplenie galaktik - fotometriya | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> |