1HSC-SSPのデータ解析概要
古澤 久徳
2016.4.11 HSC DB講習会

2HSCのデータ• すばる主焦点可視撮像カメラ▫ 宇宙論（ウイークレンズ）を中心とする戦略的観測▫ 2012/8 FL、2014/3 共同利用・SSP開始〜7倍の視野〜104倍のデータ

Suprime-Cam

HSC

視野: 34′×27′ （10 ｘ 2k4k CCDs）
データ量: 185MB/shot （〜30GB/夜）
サーベイ領域: 1〜10 平方度

視野: 直径1.5度（104 ｘ 2k4k CCDs）
2GB/shot (〜300GB/夜)
サーベイ領域 〜1400 平方度

一般的な撮像データ解析手順
1. 各CCDのバイアス除去・感度差補正（一次処理）
2. 一次処理済みCCDデータをモザイクして足し合わせる
3. 位置情報、カウントを物理量に直す（較正）4. マルチバンドカタログ作成

個々のCCDディザリングして取得した複数ショット

スタック画像これを用いて天体カタログを作成

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開発チームとソフトウェア構成• 開発チーム▫ 国立天文台、K-IPMU、プリンストン大• ソフトウェア構成▫ LSST stack (Python, C++)
– データ操作のクラスライブラリ、基本的な解析タスク (c.f.,IRAF)▫ Python, C++ (SWIG)– 解析アルゴリズムとパイプラインの構築– HSC固有の解析手続きを Add-on▫ MPI, Torque (OpenPBS)– 分散処理5

HSC-SSPサーベイレイヤーFieldマップ• http://www.naoj.org/Projects/HSC/surveyplan.html

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HSC-SSPサーベイレイヤーと観測
Fiducial Pointing• Wide (1400 sq.deg)▫ Equator付近を中心▫ g,r,i,z,y (10-20min)

Dither• Deep (27 sq.deg)▫ 4 Fields (x 4-5 FOVs)▫ g,r,i,z,y (1.4-3.5hrs)▫ NB387,816,921 (1.4-4.2hrs)• UltraDeep (3.5 sq.deg)

Wide Layerのポインティング戦略▫ 2 Fields (x 1FOV)▫ g,r,i,z,y (7-19hrs)▫ NB816,921,1010 (10.5-17.5hrs)

Deep/UD Layerのポインティング戦略

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解析上のフィールド分割方法• Tract▫ モザイク・Coaddを行う単位（1.7度程度）▫ Tract内は共通の投影軸でTAN-WCSを共有• Patch▫ Coadd画像、Coaddカタログを作る単位（4200x4200px, 隣接との重なり100px）▫ 解析ソフトウェアの都合で Tract の中を分割▫ 1 Tract = 9 x 9 Patches
Tract分割スキーム

Dec=-90 to 90 deg

1 Tract〜1.7deg

RA=0-360deg
2015年11月現在のWide-XMM iバンドの撮像範囲

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HSCデータ処理 Jargon• ccd: CCD素子１個ずつのデータの番号▫ STARSで言うところのFRAME▫ ヘッダに入っているDET-IDと同じ値• visit: 1積分（ショット）に対応するUnique ID▫ HSCA12345600 – HSCA12345757 (112 Frames)
à visit=123456• mosaic ,warp, coadd▫ mosaic: 各CCDの天球座標、fluxscaleを決める▫ warp: 画像変換を行う▫ coadd: 画像の重ね合わせ＝スタック・registrationと同義

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シングルバンド解析と出力
Procedure

CCDごと解析• フラットフィールド、CR除去、スカイ引き• PSF測定• 等級原点較正 （PS1 PV1.2による）• 座標較正 (TAN-SIP WCS)
（PS1 PV1.2による）モザイキング＆ワープ・Coadd• 座標較正の改善（TAN-SIP WCS）
ショット間・外部天体カタログ比較による• CCD間フラックススケール決定
測光整合性による2次元フラックス補正• パイプライン通して1回だけのワープ

Coaddカタログ生成

プロダクトファイル (FITS)
較正済み画像w/WCS+magzero

CORR,CALEXP

シングルバンド
CCDカタログ

SRC,CALSRC

ワープ画像

画像出力
カタログ出力

出力単位(Visit, CCD)

per visit

warp(Visit, Patch)

Coadd画像

メモリ上(Filter, Patch)

Coadd画像スカイ引き後calexp

シングルバンド
Coaddカタログ

src(Filter, Patch)Forced測定モードによるマルチバンドカタログ生成• まず、Coaddのいずれかのバンドで検出される全天体を含むマスターカタログを生成• それぞれの天体について各バンドの画像を測定する（Forced mode測定）
rgizy

各バンドの同じ座標の天体を測定

マスターカタログ (ref) の天体
N bandy = ∑ g i2i =1g i = Image – sky : 将来的にはχ2乗画像での検出を用いる計画も
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マルチバンドカタログ生成
Procedureマルチバンド
Coaddカタログ生成

各バンドのCoadd Forcedカタログ

forced_src(Filter, Patch)

CCDに対するForced測定

シングルバンドCCD Forcedカタログ

FORCED
SRC(Shot, CCD)

やっていること：

各バンドで検出した天体をマージしたマスターカタログ

Forced測定

Forced測定

Coadd Image
Coadd Image
Sky-reSubtracted
各バンドのCoadd画像
Sky-reSubtracted

HSC-G
HSC-R
HSC-I
HSC-Z
HSC-Y

Corrected Image
CorrectedImage
w/WCS+magzero
較正済みCCD画像w/w/ WCS+magzero
WCS+magzero

HSC-G
HSC-R
HSC-I
HSC-Z
HSC-Y

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マルチバンドカタログ生成
Multiバンドのstack.pyの結果がメインの入力
実際はCORRも見に行っている

Coaddのパッチごと
Coadd天体検出
Det HSC-Gバンド(patchごと)HSC-R
HSC-I
HSC-Z
HSC-Y
NB0921

Coadd画像
calexp HSC-Gバンド(patchごと)

HSC-R
HSC-I
HSC-Z
HSC-Y
NB0921

mulitBand.py

mergeDet
検出ピークとフットプリントの合成

Multi-node解析
通常4-8GB、たまに>>20GB

meas
measMatch
各バンドでの測定
フォース測定のための情報出し（重心、形状ellipseなど）

ref
測定の合成
マスターカタログ

forced_src
Forcedモード測定
最終マルチバンドカタログ

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解析結果データ配布サイト• STARSアカウント＋SSPプログラムIDで認証を申請• https://hscdata.mtk.nao.ac.jp:4443/hsc_ssp/dr1/s15b/

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較正済みCCD・Coadd画像• 天体画像、マスク、分散画像を持つFITSファイル• PSF、スカイ引き情報も再現出来る形で保持
HDU0: ヘッダのみ
HDU1: 科学画像

HDU2: マスク画像HDU3: 分散画像

等級原点、較正済みWCS

Plane 0 -> BAD
16bit integer
Plane 1 -> SAT
Plane 2 -> INTRP
Plane 3 -> CR
Plane 4 -> EDGE
Plane 5 -> DETECTED
Plane 6 -> DETECTED_NEGATIVE
Plane 7 -> CROSSTALK（数字は一定ではないから注意）
ADU count / Gain

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CrosstalkSaturate
CR
Detected

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カタログにリストされる天体パラメータ
スキーマブラウザで確認できる：
https://hscdata.mtk.nao.ac.jp:4443/schema_browser2/• ID・座標• 形状• Flux・等級• Flags

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天体パラメータ： ID、座標• id -- 天体・各バンド・Tract・PatchごとにuniqueなID• tract, patch, filter01• ra2000, dec2000 (ß refのcentroid_{record, sdss})• 重心▫ centroid_sdss_{x, y}, err– ピーク周り 3x3 pixの中の多項式フィット▫ shape_sdss_centroid_{x, y}, err– 楕円領域内の重心

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天体パラメータ：形状・サイズ関係• モーメント▫ shape_sdss[] – SDSS adaptive moment– 2nd momentとして利用▫ shape_hsm_moments[] – 2nd moment by HSM algorithms• Kron半径▫ kron_radius – sqrt(a*b)• Galaxy Component-Model Fit (CModel)▫ cmodel_{dev, exp}_ellipse[], cmodel_fracdev– ¼乗則とexp lawの2要素のプロファイルフィット結果

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天体パラメータ： フラックス・等級測定• 固定円アパーチャフラックス・等級▫ 各バンド測定カタログ（単位はテーブルによる）– flux_sinc, flux_naive– r=12px (~φ2”) aperture– flux_aperture{01,..,09}– φ1, 1.5, 2, 3, 4, 5.7, 8.4, ..., 23.6”▫ マルチバンドカタログテーブル（サマリテーブル）– {g,r,i,z,y,nb0921,nb0816}flux_aperture{01,..,09} （cgs単位）– {g,r,i,z,y,nb0921,nb0816}mag_aperture{01,..,09} （等級）• PSFフラックス・等級（以下はマルチバンドテーブルを割愛）▫ flux_psf• CModelフラックス・等級▫ cmodel_flux, cmodel_{dev, exp}_flux• Kronフラックス・等級▫ flux_kron

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フラッグ: 検出状態１• detect_is_primary▫ 同じ天体に対して複数の測定がある場合に、主とみなすべき測定• detect_is_tract_inner• detect_is_patch_inner▫ 隣接するTract・Patch画像の重なり領域にある天体について、よりTract・Patchの中心に近い方に位置しているか• デブレンド (measlist, forcelist)▫ Parent– 自分が分割された後の子の場合、分割前の天体IDが入る。層でない場合はゼロが入る▫ deblend_nchild– 自分自身が複合天体である場合、分割された子供がいくつかあるか。自分自身がこれ以上分割できない天体の場合はゼロが入る。普通はこれがゼロである天体に注目すればよい21

Patch-Inner, Tract-Inner, Primary• Tract間、Patch間の重なり à 同一天体の重複測定▫ Tract間〜1分角、Patch間〜100px• Primary天体▫ 主要な測定を示すàマルチTract・Patchから重複なく天体リストを作れる• より中央に近い位置に重心がある天体がInner
でありPrimary天体
Patch-Inner:
4100 x 4100 px の内部領域
Patch-Outer:
その外側

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フラッグ: 検出状態２• flags_pixel_bad (*)▫ 事前定義されたdefect領域にある• flags_edge▫ Coaddの視野外にある・Coaddできるショットが存在しない• flags_offimage▫ 画像（FITSピクセル）の外部にある• flags_cr_{center, any} (*)▫ Cosmic Rayが検知された• flags_interpolated_{center, any} (**)▫ カウントがピクセル間でInterpolateされた• flags_pixel_saturated_{center, any} (**)▫ 生データでOverflowしている（そのようなショットが卓越している）• flags_suspect_{center, any} (**)▫ カウント線形性が怪しまれる（生データで50000ADUを超えている）• flags_bright_object_{center, any} (**)

▫ 明るい星（NOMADカタログ）の近傍にある(*) coaddでクリップされる(**) 通常はcenterのみの指定で十分

optional

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フラッグ：測定状態 （Trueで異常あり）• 重心▫ centroid_sdss_flags▫ shape_sdss_centroid_flags• 形状▫ shape_sdss_flags• フラックス▫ flux_kron_flags▫ flux_psf_flags▫ cmodel_flux_flags

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フラッグ： 天体の特性・付加情報• PSFと比べて有意に広がったプロファイルを持つか▫ classification_extendedness– PSFと比べてCmodel(*fac)が明るければ広がっている=0• 銀河系吸収▫ a_{g,r,i,z,y,nb0921,nb0816} # mag

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フラッグ： multiBand処理の状態（上級）• そのバンドでピーク検出されたかどうか▫ merge_peak_{g,r,i,z,y,..}• そのバンドのfootprintが合成されたかどうか▫ merge_footprint_{g,r,i,z,y,..}• そのバンドの測定がマスターカタログ（forced測定の初期値）に採用されたかどうか▫ merge_measurement_{g,r,i,z,y,…}• S15B：マスターカタログ作成時の優先順位▫ i à r à z à y à g à n921 à n816