データ解析講習会2023(中級編)

CASAを用いたイメージング
中西 康一郎(国立天文台/総研大)1

実習内容と目標• 内容– CASAのtcleanタスクを使って、ALMAサンプ
ルデータのイメージング処理を行う– パラメータを変えて実行、生成された画像にどのように反映されたか確かめる• 目標– tcleanタスクの基本パラメータとその振舞いを把握し、目的に沿った画像作成ができる3

参考情報源• 斉藤さん講義「イメージング入門」• 講習会テキスト(特に4章、7.4章)• EA-ARC 解析ガイド• I-TRAIN with the European ARC Network– 特に #17: Introduction to tclean• CASAオンラインヘルプ (help タスク名)• CASA Doc– 特に“Synthesis Imaging”節 と tcleanタスク• CASA guides (ALMA)– Region Formatについての解説
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実習データについて

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観測天体: IC 2520
• 近傍の不規則銀河• post AGNがある?
• 詳しくは NED 参照

12-mアレイ視野

7-mアレイ視野
ALMA science archive6

データ• project: 2015.1.00846.S• Array: 12m-array (compact configuration)– 他に12-m (extended), 7-m, TPデータ有• Molecular line: 12CO (2-1)• Frequency resolution: 7.812 MHz (~10.2 km/s)• Obs. date: 2016-01-01• ALMA Archive で公開されています7データの概要を把握する• イメージングパラメータの決定に必要な情報を把握する– 天体、相関器(周波数、分解能)設定、アンテ
ナ配列、天候状況…

• weblog を眺める

– パイプライン処理時に生成– アーカイブから取り寄せ• listobs タスクを実行する– 入力visibilityデータ(MeasurementSet)
8weblog: 設定と観測

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weblog: 設定と観測

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weblog: 観測天体

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weblog: 相関器設定12TCLEANタスク

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tclean• 干渉計データのイメージング・デコンボ
リューションを行うタスク• 非常に多機能、様々なカスタイマイズが可能• 設定可能なパラメータが非常に多い…
• オンラインヘルプ(help tclean)、CASA
Docの tcleanのページ を適宜参照

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tcleanのパラメータ(と初期値)
tclean(vis, selectdata=True, field='', spw='', timerange='', uvrange='',antenna='', scan='', observation='', intent='', datacolumn='corrected',
imagename='', imsize=[100], cell='"1arcsec"', phasecenter='', stokes='I',
projection='SIN', startmodel='', specmode='mfs', reffreq='', nchan=- 1,start='', width='', outframe='LSRK', veltype='radio', restfreq='',interpolation='linear', perchanweightdensity=True, gridder='standard',
facets=1, psfphasecenter='', wprojplanes=1, vptable='', mosweight=True,
aterm=True, psterm=False, wbawp=True, conjbeams=False, cfcache='',usepointing=False, computepastep=360.0, rotatepastep=360.0,
pointingoffsetsigdev='', pblimit=0.2, normtype='flatnoise',deconvolver='hogbom', scales='', nterms=2, smallscalebias=0.0,
fusedthreshold=0.0, largestscale=- 1, restoration=True, restoringbeam='',pbcor=False, outlierfile='', weighting='natural', robust=0.5, noise='1.0Jy',
npixels=0, uvtaper=[''], niter=0, gain=0.1, threshold=0.0, nsigma=0.0,
cycleniter=- 1, cyclefactor=1.0, minpsffraction=0.05, maxpsffraction=0.8,
interactive=False, fullsummary=False, nmajor=- 1, usemask='user', mask='',pbmask=0.0, sidelobethreshold=3.0, noisethreshold=5.0, lownoisethreshold=1.5,
negativethreshold=0.0, smoothfactor=1.0, minbeamfrac=0.3, cutthreshold=0.01,
growiterations=75, dogrowprune=True, minpercentchange=- 1.0, verbose=False,fastnoise=True, restart=True, savemodel='none', calcres=True, calcpsf=True,
psfcutoff=0.35, parallel=False)15

パラメータ:入出力ファイル• vis : イメージングするMeasurementSetフ
ァイル名(visibility)(ex) ’calibrated.TM2.ms_IC_2520.contsub’• imagename : 出力ファイル名(ex) ’IC_2560.CO.cube.clean’16

tcleanが生成するファイル••••

IC_2520.CO.cube.clean.image
天体画像
IC_2520.CO.cube.clean.image.pbcor 天体画像(primary beam補正済)
IC_2520.CO.cube.clean.mask
CLEANマスク
IC_2520.CO.cube.clean.model
CLEANモデル•••

IC_2520.CO.cube.clean.pb
IC_2520.CO.cube.clean.psf
IC_2520.CO.cube.clean.residual•

IC_2520.CO.cube.clean.sumwt

Primary beam patternsynthesized beam(PSF)
CLEAN残差(dirty−PrimaryBeam×model)
sum-of-weights(single pix)17

パラメータ: データの選択• datacolumn : 利用するカラム– (ex) ’DATA’, ’CORRECTED’– 使用するMSファイル・状況によって異なる• field : 天体 (番号または名前で指定)– (ex) ’3’, ’IC_2560’• spw : spectral window(複数指定や部分指定可)– (ex) ’0,1:5~119’• timerange, uvrange, antenna, scan,observation : (時間・アンテナなどを指定して、一部のデータだけを使用したい場合に)• 事前にweblog/listobsタスクで調べておく
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パラメータ: 画像の基本要素• imsize: ピクセル数(空間方向)– (ex) [128,128], [1024,2048]• cell: ピクセルスケール(秒角)– (ex) 0.01

• specmode: 連続波(2次元)/キューブ(3次元)– (ex) ’mfs’(連続波), ’cube’(スペクトル)• phasecenter: 画像(位相)中心座標• stokes: ストークス– (ex) ’I’, ’IQUV’

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パラメータ: キューブの基本要素• start: 第0チャンネルの座標– (ex)’230.3 GHz’, ’-10 km/s’, 0 (MSのチャンネル)• width: 1チャンネルの周波数/速度幅– (ex)’7.69 MHz’, ’10 km/s’, 1 (MSのチャンネル)• nchan: チャンネル数– (ex) 24, -1 (自動判定)• outframe: 速度の基準(start, widthに影響)– (ex) ’LSRK’, ’BARY’• restfreq: ラインの静止系周波数(単位必須)– (ex) ’230.538 GHz’

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パラメータ: 連続波像の基本要素• reffreq: 基準周波数– (ex)’230.5 GHz’

• nterms: Taylor展開次数– (ex) 1(フラット), 2(傾き有り直線)

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パラメータ: イメージング(1)• gridder: グリッディング手法– (ex) ’standard’(通常), ’mosaic’(モザイク観測), ’wproject’(W-projection)• weighting: 重み付け手法– (ex) ’natural’, ’uniform’, ’briggs’• robust: ロバストパラメータ(weighting=’briggs’)– (ex) 0.5 (設定可能範囲: -2.0~2.0)※ 「イメージング」講義 “グリッディングと重み付け”、教科書4.4章を参照
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パラメータ: イメージング(2)• uvtaper: テーパー

– (ex) [’5klambda’], [’3arcsec’]– 注意: CASA 5.8/6.2~6.4はweighting=’natural’の場合に正しくテーパーが働かないバグ有(回避策: weighting=’briggs’, robust=2.0とする)• pbcor: 主ビーム補正を適用した画像を生成– (ex) True

• parallel: 並列処理を行う(mpicasa利用時のみ有効)– (ex) True※「イメージング」講義 “グリッディングと重み付け”“テーパーグリッディング” “主ビーム補正”参照

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パラメータ:デコンボリューション
• deconvolver: デコンボリューションアルゴリズム– (ex) ’hogbom’, ’clark’, ’multiscale’, ’mtmfs’ (multiterm MFS)※「イメージング」講義“Clark CLEAN”,“発展的内容”参照• niter: ピークの同定・差引プロセスの回数上限値– (ex) 0 (ピーク差引を行わない→dirty map生成), 100000• threshold: 差引を行う(=有意と考える)ピーク強度の下限値– (ex) ’0.1 mJy’
※ niterまたはthresholdいずれかの条件を満たした時点でデコンボリューションが終了する※「イメージング」講義 “CLEANの止め時”参照• gain: ピーク差し引きゲイン– (ex) 0.1 (10%)

24パラメータ: マスク• usemask: マスク手法– (ex) ’user’ (ユーザー定義), ’pb’ (視野全体),’auto-multithresh’ (auto-masking)– auto-masking(自動マスク)のパラメータ:Automasking Guide の”Standard Values”に従って指定するのがお勧め• mask: ユーザー定義マスク(usemask=’user’)– (ex) ’circle[[40pix,40pix],10pix]’ (円形),’mymask.crf’ (CASA region file) ※複数指定可– 書式はCASA Guidesの Region Format 参照• interactive: 手動でmask設定– (ex) True(viewerが立ち上がる)※「イメージング」講義 “マスクの活用”参照

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パラメータ: automask• usemask=’auto-multithresh’とすれば、自動マスク機能(automasking)を利用可• 主要automask用パラメータ:
sidelobethreshold, noisethreshold,minbeamfrac, lownoisethreshold,negativethreshold– Automasking Guide の”Standard Values”に従って指定することを強く推奨• verbose=True を推奨 (automaskingが上手く働かなかった時にヒントが出力される場合有)26

CASAのバージョン

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CASAのバージョン: 注意• 使い分けが可能、あるいは必要• アーカイブデータのキャリブレーションを再生したい→ QA2と同じバージョン(必須!)• イメージングを行いたい→ 最新または最新に近いバージョンを推奨(2023年2月時点では6.5.3または6.4.1)– キャリブレーションとは違うバージョンも可– 5.3以前はお勧めしません(深刻なバグ有; 参照)• 多波長解析システムでは4.7以降が利用可能
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