The Effect of "Roll-Drift" in ACS/WFC Images

Resumen Técnico del Informe de Ciencia del Instrumento ACS 2025-01: "El Efecto de la 'Deriva de Rotación' en las Imágenes ACS/WFC"

1. Planteamiento del Problema
En junio de 2024, el Telescopio Espacial Hubble (HST) transitó al Modo de Giroscopio Reducido (RGM). Esta transición operativa, aunque necesaria, ha tenido una consecuencia no anticipada: un aumento en la frecuencia de eventos de pérdida de bloqueo (Loss of Lock - LoL) no declarados.

• Fenómeno: Durante una exposición, el telescopio puede perder su guiado preciso, provocando una deriva en la puntería. Esto resulta en un "desenfoque" o estiramiento de la luz de los campos objetivo en la imagen final.
• Riesgo: A diferencia de los eventos LoL declarados (que son detectados y marcados automáticamente por el sistema), estos eventos no declarados pasan desapercibidos. Esto degrada la calidad de los datos sin que el usuario sea notificado, lo que puede comprometer mediciones científicas de alta precisión y obligar a repetir las observaciones. El equipo del Advanced Camera for Surveys (ACS) identificó la necesidad urgente de monitorear y detectar automáticamente estos efectos, denominados colectivamente "roll-drift" (deriva de rotación).

2. Metodología
Para cuantificar el impacto del roll-drift y desarrollar un método de detección automática, los autores emplearon un enfoque basado en simulaciones y análisis de catálogos fotométricos:

• Simulación de la Deriva:
  • Se partió de una imagen real de archivo de ACS/WFC (ID: jf7921ulq) libre de deriva.
  • Se aplicó un desplazamiento incremental ("delta", ej. 0.1 píxeles) hasta un desplazamiento final (ej. 5 píxeles) utilizando el módulo scipy.ndimage.shift.
  • Para simular el efecto físico de la integración durante el movimiento, la imagen final con un desplazamiento total dado se calculó como el promedio de todas las imágenes desplazadas acumuladas hasta ese punto. Esto reproduce el "estiramiento" de la luz.
• Fotometría de Ajuste de PSF:
  • Se procesaron tanto las imágenes simuladas como la original mediante el código hst1pass (Anderson 2022).
  • Se configuró el código para tratar el nivel de enfoque como un parámetro libre, permitiendo que el algoritmo intente ajustar el mejor modelo de Función de Dispersión de Puntos (PSF) posible, incluso para estrellas estiradas.
• Análisis de Diagnósticos:
  • Se centraron en el parámetro qfit (o simplemente q), una métrica que mide la calidad del ajuste del modelo de PSF a una fuente.
  • Se analizó la relación entre la magnitud de la deriva simulada y el valor mediano de qfit en la imagen.

3. Contribuciones Clave

• Cuantificación del Impacto: Se estableció una relación directa entre la cantidad de deriva de rotación (en píxeles) y la degradación de la calidad del ajuste de la PSF (qfit).
• Umbral de Detección: Se identificó un umbral crítico en el parámetro qfit que permite a los usuarios y al sistema distinguir rápidamente entre datos sanos y datos potencialmente afectados por roll-drift.
• Protocolo de Monitoreo Automatizado: Se implementó un flujo de trabajo operativo donde el equipo de ACS ejecuta hst1pass en todos los nuevos datos de ACS/WFC inmediatamente después de su adquisición para generar alertas diarias.

4. Resultados Principales

• Comportamiento del qfit:
  • En imágenes sin deriva, los valores de qfit para estrellas bien medidas son muy bajos, típicamente entre 0.02 y 0.04.
  • A medida que aumenta la deriva, el valor de qfit aumenta.
  • Umbral Crítico: Se observó que cuando la deriva supera aproximadamente 1 píxel, el valor de qfit excede 0.2. Según el manual de hst1pass, un valor $\ge 0.2$ indica un ajuste pobre de la PSF.
• Zona de Incertidumbre (0.1 - 0.4 píxeles):
  • Para derivas pequeñas (menos de 0.4 píxeles), los valores de qfit permanecen dentro del rango de variabilidad normal de las imágenes sanas.
  • Implicación: Las imágenes con pequeñas derivas pueden no mostrar signos visuales obvios de estiramiento y sus métricas de calidad parecerán aceptables, lo que representa un riesgo para mediciones de ultra alta precisión donde las discrepancias podrían atribuirse erróneamente a otros factores.
• Nivel de Enfoque: El código tiende a ajustar niveles de enfoque más altos (modelos de PSF más alargados) a medida que aumenta la deriva, hasta que el ajuste comienza a fallar completamente más allá de ~1.1 píxeles.

5. Significado y Recomendaciones

• Para la Comunidad Científica: El informe proporciona una herramienta práctica para la validación de datos. Los usuarios que utilicen datos de ACS/WFC obtenidos después de la transición al RGM deben considerar ejecutar hst1pass en sus propios datos y examinar el parámetro qfit.
• Acción Recomendada: Si un usuario encuentra valores de qfit superiores a 0.2, o si tiene dudas sobre la calidad de sus datos, se le insta a contactar al equipo de ACS a través del Servicio de Ayuda de STScI para una inspección manual.
• Estado Actual: El equipo de ACS ha establecido un sistema de monitoreo proactivo que revisa diariamente los nuevos datos, buscando valores de qfit sospechosos para identificar y alertar sobre eventos de roll-drift no declarados, mitigando así el riesgo de utilizar datos degradados en análisis científicos.

En conclusión, este trabajo transforma un problema operativo complejo (la pérdida de guiado no declarada) en un parámetro cuantificable (qfit), permitiendo una gestión de datos más robusta y asegurando la integridad científica de las observaciones del HST en su nueva configuración operativa.