¿Cuál es la "luz perdida" en esta imagen inusual de Hubble Deep Sky?

El artículo del Daily Galaxy "The Lost Hubble" - ¡Nuevo! La imagen más profunda del universo jamás tomada dice:

Para producir la imagen, un grupo de investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) dirigido por Alejandro S. Borlaff utilizó imágenes HUDF originales del telescopio espacial Hubble. Después de mejorar el proceso de combinar varias imágenes, el grupo pudo recuperar una gran cantidad de luz de las zonas exteriores de las galaxias más grandes del HUDF. La recuperación de esta luz, emitida por las estrellas en estas zonas exteriores, era equivalente a recuperar la luz de una galaxia completa ("manchada" en todo el campo) y para algunas galaxias, esta luz que falta muestra que tienen diámetros casi dos veces más grandes que medido previamente.

La imagen se ve realmente extraña, ¿qué está pasando? ¿Hay algún artículo técnico asociado con este trabajo?

Déjame ver si puedo explicar el objetivo principal y el logro de este trabajo.

En primer lugar: la imagen sobre la que estás confundido es una imagen de "RGB de luminancia", en la que las regiones brillantes están representadas por color (una especie de color pseudo-verdadero usando imágenes de infrarrojo cercano), con las segundas partes más débiles representadas con negro y las partes más débiles con blanco. Estos últimos no son "basura", como sugiere Hobbes en su respuesta, pero son relativamente las partes más ruidosas de la imagen, por lo que hay poca información real allí.

Este artículo (Borlaff et al .; ver el enlace en la respuesta de Hobbes) trata sobre el reprocesamiento de imágenes HST de infrarrojo cercano tomadas originalmente hace unos diez años como parte del Campo Ultra Profundo. El procesamiento previo de estas imágenes (p. Ej., Koekemoer et al. 2013 ["HUDF12"] e Illingworth et al. 2013 ["XDF"]) se centró en obtener información sobre las galaxias más pequeñas y débiles, que en su mayoría son muy distantes, altas galaxias de turno rojo. Debido a esto, la etapa crucial de la sustracción del cielo tenía algunos sesgos: en particular, tendía a tratar las regiones externas débiles de las galaxias grandes más cercanas como parte del cielo que se restaría. Esto está realmente bien para el análisis de las galaxias pequeñas y distantes, pero significa que si lo hacesdesea analizar las regiones externas (discos externos, halos estelares débiles, restos de estructuras de fusión, etc.) de las galaxias más grandes y cercanas, tiene el problema de que sus regiones externas están sobre-sustraídas (de ahí la "luz faltante") y así inconmensurable.

(El "cielo" que se sustrae es una combinación de emisión de ciertos átomos en la tenue atmósfera exterior sobre el HST , la luz solar dispersada por los granos de polvo en el sistema solar interno y el llamado "fondo extragaláctico" = la luz combinada de una distancia distante no resuelta galaxias.)

El resumen menciona cuatro mejoras que el nuevo estudio implementó cuando reprocesaron las imágenes HST: "1) creación de nuevos campos planos de cielo absoluto, 2) modelos de persistencia extendida, 3) sustracción de fondo de cielo dedicado y 4) co-suma robusta".

Sugeriría que el tercer elemento es quizás el más importante: implementan un método que no resta las regiones externas débiles de las galaxias más grandes y, por lo tanto, las imágenes resultantes todavía tienen información sobre las partes externas de estas galaxias.

La siguiente gráfica (extraída de la Figura 20 del documento) ilustra el tipo de mejora que buscaban. Muestra el brillo de la superficie (en el filtro de infrarrojo cercano F105W) de una de las galaxias más grandes (una elíptica gigante, creo que es la galaxia grande, redonda y amarilla en la mitad inferior de la imagen en color) en función del radio (medido en anillo elíptico). Los triángulos rojos se midieron usando la imagen procesada con XDF, los cuadrados azules usaron la imagen procesada con HUDF12, y los puntos negros usan la imagen recién reprocesada producida como parte de este documento [ABYSS]. Puede ver que los puntos XDF caen en un radio de aproximadamente 55 kpc, los puntos HUDF12 caen a unos 90 kpc, pero la luz de esta galaxia se puede rastrear a 140 kpc en la imagen reprocesada por ABYSS.

(Debo señalar que soy amigo y tengo coautores de algunos de los autores, por lo que puedo estar un poco sesgado, ¡pero creo que este es un trabajo realmente impresionante!)

Cuando conecta el nombre del investigador principal en Arxiv, el primer resultado de búsqueda es La luz que falta del Campo Ultra Profundo Hubble .

3 pasos principales:

• Creación de campos planos de cielo para los cuatro filtros. Este proceso se describe completamente en la sección. 2.4.

- Creación de un catálogo de todos los conjuntos de datos WFC3 / IR que pueden afectar nuestros mosaicos (incluidas las exposiciones de calibración) para generar un conjunto de modelos de persistencia mejorados para cada exposición del HUDF. Detallamos este proceso en la Secta. 2.5.

- Descarga y reducción de todos los conjuntos de datos WFC3 / IR que incluyen observaciones utilizando los filtros F105W, F125W, F140W y F160W en el HUDF.

Campo de cielo plano:

Para medir la sensibilidad relativa de los píxeles de un detector (campo plano), el proceso óptimo sería observar una fuente de luz externa uniforme.

Básicamente, están tratando de eliminar todas las fuentes de ruido de la imagen, en un intento de hacer que aparezcan señales débiles en lugares donde esa señal ha sido abrumada por el ruido.

Modelos de persistencia:

Un efecto conocido que afecta a los detectores de matriz IR HgCdTe (como es el caso del WFC3 / IR) es la persistencia. La persistencia aparece como un resplandor en los píxeles que fueron expuestos a una fuente de luz brillante en una exposición previa.

El método actual de corrección de persistencia de WFC3 / IR consiste en modelar el número de electrones que se crearían por persistencia en cada píxel por todas las exposiciones previas (hasta cierto tiempo) que se tomaron antes de la corrección (Long et al. 2012).

Durante exposiciones prolongadas, el fondo del cielo puede variar notablemente, introduciendo un componente no lineal en las tasas de conteo calculadas por calwf3.

Estimamos y restamos individualmente la emisión de fondo del cielo de cada lectura de los archivos intermedios ima.fits.

Para evitar sesgos sistemáticos debido a la presencia de defectos en algunas regiones del detector, creamos una máscara de calidad de datos manual para marcar esas regiones donde el campo plano no puede corregir completamente las diferencias de sensibilidad.

Más procesamiento de imágenes para eliminar el fondo del cielo:

En esta sección, describimos los métodos utilizados para eliminar el fondo del cielo de las exposiciones individuales y los mosaicos finales del HUDF.

Alineación de imagen:

Como consecuencia, al comparar imágenes de diferentes visitas, es habitual ver que no están exactamente alineadas. Para explotar todas las capacidades de resolución de WFC3, necesitamos realinear cuidadosamente las imágenes de diferentes visitas a una única solución de sistema de coordenadas mundial de referencia (WCS en adelante).

y como paso final, combinación de imágenes.

Resultado:

La versión XDF de los mosaicos HUDF WFC3 / IR está dominada por un sesgo sistemático en forma de una sustracción significativa del fondo del cielo alrededor de los objetos con gran tamaño angular. Se obtiene un resultado similar (en menor medida) para el HUDF12. Recuperamos con éxito una cantidad significativa de luz difusa sobre-sustraída alrededor de los objetos más grandes del HUDF, no detectada por las versiones anteriores de los mosaicos.

Resumen:

Han procesado las imágenes para resaltar detalles en las galaxias. En el espacio entre las galaxias, el procesamiento de imágenes da resultados basura (las áreas blancas), pero han logrado resaltar detalles en el borde de las galaxias que antes estaban ocultos.

En respuesta a un par de comentarios de que la respuesta de Hobbes es un poco gruesa, ¿qué tal:

Para reducir los efectos de ruido, el equipo realizó un ajuste de campo plano y luego sumó múltiples exposiciones, permitiendo así que se agreguen señales débiles mientras se cancelan los efectos de ruido.

Ese es el TL; DR que deja de lado muchos métodos realmente geniales para identificar parches de "oscuridad verdadera" y ruido versus señales confiables (estrellas o galaxias o lo que sea).