Euclid: Precise inference of defocus wavefront error from image diffraction spike measurements
Este artículo presenta un método rápido e independiente del modelo para inferir con precisión el desenfoque del telescopio Euclid mediante la medición de desplazamientos subpíxel en las difracción asimétricas, logrando la alta sensibilidad requerida para monitorear y corregir las variaciones de la función de dispersión de punto que son críticas para la cosmología de lentes débiles.
Autores originales: D. Neumann (Leiden Observatory, Leiden University, Einsteinweg 55, 2333 CC Leiden, The Netherlands), L. Miller (Department of Physics, Oxford University, Keble Road, Oxford OX1 3RH, UK), H. Hoekstra (Leiden Observatory, Leiden University, Einsteinweg 55, 2333 CC Leiden, The Netherlands), K. Kuijken (Leiden Observatory, Leiden University, Einsteinweg 55, 2333 CC Leiden, The Netherlands), I. H. Whittam (Department of Physics, Oxford University, Keble Road, Oxford OX1 3RH, UK, Department of Physics and Astronomy, University of the Western Cape, Bellville, Cape Town, 7535, South Africa), N. E. Chisari (Institute for Theoretical Physics, Utrecht University, Princetonplein 5, 3584 CE Utrecht, The Netherlands, Leiden Observatory, Leiden University, Einsteinweg 55, 2333 CC Leiden, The Netherlands), R. Nakajima (Universität Bonn, Argelander-Institut für Astronomie, Auf dem Hügel 71, 53121 Bonn, Germany), B. Altieri (ESAC/ESA, Camino Bajo del Castillo, s/n., Urb. Villafranca del Castillo, 28692 Villanueva de la Cañada, Madrid, Spain), A. Amara (School of Mathematics and Physics, University of Surrey, Guildford, Surrey, GU2 7XH, UK), S. Andreon (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Via Brera 28, 20122 Milano, Italy), N. Auricchio (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), C. Baccigalupi (IFPU, Institute for Fundamental Physics of the Universe, via Beirut 2, 34151 Trieste, Italy, INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy, INFN, Sezione di Trieste, Via Valerio 2, 34127 Trieste TS, Italy, SISSA, International School for Advanced Studies, Via Bonomea 265, 34136 Trieste TS, Italy), M. Baldi (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, Via Gobetti 93/2, 40129 Bologna, Italy, INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), S. Bardelli (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), A. Basset (Centre National d'Etudes Spatiales -- Centre spatial de Toulouse, 18 avenue Edouard Belin, 31401 Toulouse Cedex 9, France), P. Battaglia (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), A. Biviano (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy, IFPU, Institute for Fundamental Physics of the Universe, via Beirut 2, 34151 Trieste, Italy), E. Branchini (Dipartimento di Fisica, Università di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146, Genova, Italy, INFN-Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146, Genova, Italy, INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Via Brera 28, 20122 Milano, Italy), M. Brescia (Department of Physics "E. Pancini", University Federico II, Via Cinthia 6, 80126, Napoli, Italy, INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Via Moiariello 16, 80131 Napoli, Italy), S. Camera (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, Via P. Giuria 1, 10125 Torino, Italy, INFN-Sezione di Torino, Via P. Giuria 1, 10125 Torino, Italy, INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino, Via Osservatorio 20, 10025 Pino Torinese), G. Cañas-Herrera (Leiden Observatory, Leiden University, Einsteinweg 55, 2333 CC Leiden, The Netherlands), V. Capobianco (INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino, Via Osservatorio 20, 10025 Pino Torinese), C. Carbone (INAF-IASF Milano, Via Alfonso Corti 12, 20133 Milano, Italy), J. Carretero (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, Port d'Informació Científica, Campus UAB, C. Albareda s/n, 08193 Bellaterra), M. Castellano (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Via Frascati 33, 00078 Monteporzio Catone, Italy), G. Castignani (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), S. Cavuoti (INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Via Moiariello 16, 80131 Napoli, Italy, INFN section of Naples, Via Cinthia 6, 80126, Napoli, Italy), K. C. Chambers (Institute for Astronomy, University of Hawaii, 2680 Woodlawn Drive, Honolulu, HI 96822, USA), A. Cimatti (Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi" - Alma Mater Studiorum Università di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), C. Colodro-Conde (Instituto de Astrofísica de Canarias, E-38205 La Laguna, Tenerife, Spain), G. Congedo (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Blackford Hill, Edinburgh EH9 3HJ, UK), C. J. Conselice (Jodrell Bank Centre for Astrophysics, Department of Physics and Astronomy, University of Manchester, Oxford Road, Manchester M13 9PL, UK), L. Conversi (European Space Agency/ESRIN, Largo Galileo Galilei 1, 00044 Frascati, Roma, Italy, ESAC/ESA, Camino Bajo del Castillo, s/n., Urb. Villafranca del Castillo, 28692 Villanueva de la Cañada, Madrid, Spain), Y. Copin (Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS/IN2P3, IP2I Lyon, UMR 5822, Villeurbanne, F-69100, France), F. Courbin (Institut de Ciències del Cosmos, Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats, Institut de Ciencies de l'Espai), H. M. Courtois (UCB Lyon 1, CNRS/IN2P3, IUF, IP2I Lyon, 4 rue Enrico Fermi, 69622 Villeurbanne, France), M. Cropper (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Holmbury St Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK), H. Degaudenzi (Department of Astronomy, University of Geneva, ch. d'Ecogia 16, 1290 Versoix, Switzerland), G. De Lucia (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), H. Dole (Université Paris-Saclay, CNRS, Institut d'astrophysique spatiale, 91405, Orsay, France), F. Dubath (Department of Astronomy, University of Geneva, ch. d'Ecogia 16, 1290 Versoix, Switzerland), X. Dupac (ESAC/ESA, Camino Bajo del Castillo, s/n., Urb. Villafranca del Castillo, 28692 Villanueva de la Cañada, Madrid, Spain), M. Farina (INAF-Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, via del Fosso del Cavaliere, 100, 00100 Roma, Italy), R. Farinelli (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), S. Farrens (Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM, 91191, Gif-sur-Yvette, France), S. Ferriol (Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS/IN2P3, IP2I Lyon, UMR 5822, Villeurbanne, F-69100, France), S. Fotopoulou (School of Physics, HH Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Tyndall Avenue, Bristol, BS8 1TL, UK), N. Fourmanoit (Aix-Marseille Université, CNRS/IN2P3, CPPM, Marseille, France), M. Frailis (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), E. Franceschi (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), M. Fumana (INAF-IASF Milano, Via Alfonso Corti 12, 20133 Milano, Italy), S. Galeotta (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), K. George (University Observatory, LMU Faculty of Physics, Scheinerstr.~1, 81679 Munich, Germany), B. Gillis (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Blackford Hill, Edinburgh EH9 3HJ, UK), C. Giocoli (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), P. Gómez-Alvarez (FRACTAL S.L.N.E., calle Tulipán 2, Portal 13 1A, 28231, Las Rozas de Madrid, Spain, ESAC/ESA, Camino Bajo del Castillo, s/n., Urb. Villafranca del Castillo, 28692 Villanueva de la Cañada, Madrid, Spain), J. Gracia-Carpio (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Giessenbachstr. 1, 85748 Garching, Germany), A. Grazian (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Via dell'Osservatorio 5, 35122 Padova, Italy), F. Grupp (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Giessenbachstr. 1, 85748 Garching, Germany, Universitäts-Sternwarte München, Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München, Scheinerstr.~1, 81679 München, Germany), S. V. H. Haugan (Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, P.O. Box 1029 Blindern, 0315 Oslo, Norway), W. Holmes (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 4800 Oak Grove Drive, Pasadena, CA, 91109, USA), F. Hormuth (Felix Hormuth Engineering, Goethestr. 17, 69181 Leimen, Germany), A. Hornstrup (Technical University of Denmark, Elektrovej 327, 2800 Kgs. Lyngby, Denmark, Cosmic Dawn Center), K. Jahnke (Max-Planck-Institut für Astronomie, Königstuhl 17, 69117 Heidelberg, Germany), M. Jhabvala (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD 20771, USA), B. Joachimi (Department of Physics and Astronomy, University College London, Gower Street, London WC1E 6BT, UK), S. Kermiche (Aix-Marseille Université, CNRS/IN2P3, CPPM, Marseille, France), A. Kiessling (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 4800 Oak Grove Drive, Pasadena, CA, 91109, USA), M. Kilbinger (Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM, 91191, Gif-sur-Yvette, France), R. Kohley (ESAC/ESA, Camino Bajo del Castillo, s/n., Urb. Villafranca del Castillo, 28692 Villanueva de la Cañada, Madrid, Spain), B. Kubik (Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS/IN2P3, IP2I Lyon, UMR 5822, Villeurbanne, F-69100, France), M. Kunz (Université de Genève, Département de Physique Théorique and Centre for Astroparticle Physics, 24 quai Ernest-Ansermet, CH-1211 Genève 4, Switzerland), H. Kurki-Suonio (Department of Physics, P.O. Box 64, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland, Helsinki Institute of Physics, Gustaf Hällströmin katu 2, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland), R. Laureijs (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, PO Box 800, 9700 AV Groningen, The Netherlands), A. M. C. Le Brun (Laboratoire d'etude de l'Univers et des phenomenes eXtremes, Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, CNRS, 92190 Meudon, France), S. Ligori (INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino, Via Osservatorio 20, 10025 Pino Torinese), P. B. Lilje (Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, P.O. Box 1029 Blindern, 0315 Oslo, Norway), V. Lindholm (Department of Physics, P.O. Box 64, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland, Helsinki Institute of Physics, Gustaf Hällströmin katu 2, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland), I. Lloro (SKAO, Jodrell Bank, Lower Withington, Macclesfield SK11 9FT, UK), G. Mainetti (Centre de Calcul de l'IN2P3/CNRS, 21 avenue Pierre de Coubertin 69627 Villeurbanne Cedex, France), O. Mansutti (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), O. Marggraf (Universität Bonn, Argelander-Institut für Astronomie, Auf dem Hügel 71, 53121 Bonn, Germany), M. Martinelli (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Via Frascati 33, 00078 Monteporzio Catone, Italy, INFN-Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro, 2 - c/o Dipartimento di Fisica, Edificio G. Marconi, 00185 Roma, Italy), N. Martinet (Aix-Marseille Université, CNRS, CNES, LAM, Marseille, France), F. Marulli (Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi" - Alma Mater Studiorum Università di Bologna, via Piero Gobetti 93/2, 40129 Bologna, Italy, INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), R. J. Massey (Department of Physics, Institute for Computational Cosmology, Durham University, South Road, Durham, DH1 3LE, UK), E. Medinaceli (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), S. Mei (Université Paris Cité, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, 75013 Paris, France, CNRS-UCB International Research Laboratory, Centre Pierre Binétruy, IRL2007, CPB-IN2P3, Berkeley, USA), M. Meneghetti (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), E. Merlin (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Via Frascati 33, 00078 Monteporzio Catone, Italy), G. Meylan (Institute of Physics, Laboratory of Astrophysics, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne), A. Mora (Telespazio UK S.L. for European Space Agency), M. Moresco (Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi" - Alma Mater Studiorum Università di Bologna, via Piero Gobetti 93/2, 40129 Bologna, Italy, INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), C. Moretti (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy, IFPU, Institute for Fundamental Physics of the Universe, via Beirut 2, 34151 Trieste, Italy, INFN, Sezione di Trieste, Via Valerio 2, 34127 Trieste TS, Italy), L. Moscardini (Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi" - Alma Mater Studiorum Università di Bologna, via Piero Gobetti 93/2, 40129 Bologna, Italy, INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), C. Neissner (Institut de Física d'Altes Energies, Port d'Informació Científica, Campus UAB, C. Albareda s/n, 08193 Bellaterra), R. C. Nichol (School of Mathematics and Physics, University of Surrey, Guildford, Surrey, GU2 7XH, UK), S. -M. Niemi (European Space Agency/ESTEC, Keplerlaan 1, 2201 AZ Noordwijk, The Netherlands), C. Padilla (Institut de Física d'Altes Energies), S. Paltani (Department of Astronomy, University of Geneva, ch. d'Ecogia 16, 1290 Versoix, Switzerland), F. Pasian (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), K. Pedersen (DARK, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Jagtvej 155, 2200 Copenhagen, Denmark), W. J. Percival (Waterloo Centre for Astrophysics, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1, Canada, Department of Physics and Astronomy, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1, Canada, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Waterloo, Ontario N2L 2Y5, Canada), V. Pettorino (European Space Agency/ESTEC, Keplerlaan 1, 2201 AZ Noordwijk, The Netherlands), A. Pezzotta (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Via Brera 28, 20122 Milano, Italy), S. Pires (Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM, 91191, Gif-sur-Yvette, France), G. Polenta (Space Science Data Center, Italian Space Agency, via del Politecnico snc, 00133 Roma, Italy), M. Poncet (Centre National d'Etudes Spatiales -- Centre spatial de Toulouse, 18 avenue Edouard Belin, 31401 Toulouse Cedex 9, France), L. A. Popa (Institute of Space Science, Str. Atomistilor, nr. 409 Măgurele, Ilfov, 077125, Romania), G. D. Racca (Leiden Observatory, Leiden University, Einsteinweg 55, 2333 CC Leiden, The Netherlands, European Space Agency/ESTEC, Keplerlaan 1, 2201 AZ Noordwijk, The Netherlands), F. Raison (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Giessenbachstr. 1, 85748 Garching, Germany), A. Renzi (Dipartimento di Fisica e Astronomia "G. Galilei", Università di Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy, INFN-Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy, INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), J. Rhodes (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 4800 Oak Grove Drive, Pasadena, CA, 91109, USA), G. Riccio (INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Via Moiariello 16, 80131 Napoli, Italy), E. Romelli (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), M. Roncarelli (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), R. Saglia (Universitäts-Sternwarte München, Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München, Scheinerstr.~1, 81679 München, Germany, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Giessenbachstr. 1, 85748 Garching, Germany), Z. Sakr (Instituto de Física Teórica UAM-CSIC, Campus de Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain, Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Université St Joseph, Faculty of Sciences, Beirut, Lebanon), D. Sapone (Departamento de Física, FCFM, Universidad de Chile, Blanco Encalada 2008, Santiago, Chile), B. Sartoris (Universitäts-Sternwarte München, Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München, Scheinerstr.~1, 81679 München, Germany, INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), M. Schirmer (Max-Planck-Institut für Astronomie, Königstuhl 17, 69117 Heidelberg, Germany), P. Schneider (Universität Bonn, Argelander-Institut für Astronomie, Auf dem Hügel 71, 53121 Bonn, Germany), T. Schrabback (Universität Innsbruck, Institut für Astro- und Teilchenphysik, Technikerstr. 25/8, 6020 Innsbruck, Austria), A. Secroun (Aix-Marseille Université, CNRS/IN2P3, CPPM, Marseille, France), E. Sihvola (Department of Physics and Helsinki Institute of Physics, Gustaf Hällströmin katu 2, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland), P. Simon (Universität Bonn, Argelander-Institut für Astronomie, Auf dem Hügel 71, 53121 Bonn, Germany), C. Sirignano (Dipartimento di Fisica e Astronomia "G. Galilei", Università di Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy, INFN-Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy), G. Sirri (INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), A. Spurio Mancini (Department of Physics, Royal Holloway, University of London, Surrey TW20 0EX, UK), L. Stanco (INFN-Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy), P. Tallada-Crespí (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, Port d'Informació Científica, Campus UAB, C. Albareda s/n, 08193 Bellaterra), A. N. Taylor (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Blackford Hill, Edinburgh EH9 3HJ, UK), I. Tereno (Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, Edifício C8, Campo Grande, PT1749-016 Lisboa, Portugal, Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, Tapada da Ajuda, 1349-018 Lisboa, Portugal), N. Tessore (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Holmbury St Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK), S. Toft (Cosmic Dawn Center, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Jagtvej 128, 2200 Copenhagen, Denmark), R. Toledo-Moreo (Universidad Politécnica de Cartagena, Departamento de Electrónica y Tecnología de Computadoras, Plaza del Hospital 1, 30202 Cartagena, Spain, European University of Technology EUt+, European Union), F. Torradeflot (Port d'Informació Científica, Campus UAB, C. Albareda s/n, 08193 Bellaterra, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas), I. Tutusaus (Institute of Space Sciences, Institut d'Estudis Espacials de Catalunya, Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie), L. Valenziano (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Bologna, Via Irnerio 46, 40126 Bologna, Italy), J. Valiviita (Department of Physics, P.O. Box 64, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland, Helsinki Institute of Physics, Gustaf Hällströmin katu 2, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland), T. Vassallo (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy, University Observatory, LMU Faculty of Physics, Scheinerstr.~1, 81679 Munich, Germany), A. Veropalumbo (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Via Brera 28, 20122 Milano, Italy, INFN-Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146, Genova, Italy, Dipartimento di Fisica, Università di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146, Genova, Italy), Y. Wang (Caltech/IPAC, 1200 E. California Blvd., Pasadena, CA 91125, USA), J. Weller (Universitäts-Sternwarte München, Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München, Scheinerstr.~1, 81679 München, Germany, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Giessenbachstr. 1, 85748 Garching, Germany), G. Zamorani (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), F. M. Zerbi (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Via Brera 28, 20122 Milano, Italy), A. Gregorio (Dipartimento di Fisica - Sezione di Astronomia, Università di Trieste, Via Tiepolo 11, 34131 Trieste, Italy, INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy, INFN, Sezione di Trieste, Via Valerio 2, 34127 Trieste TS, Italy), A. Loureiro (Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, Department of Physics, Stockholm University, Stockholm, SE-106 91, Sweden, Astrophysics Group, Blackett Laboratory, Imperial College London, London SW7 2AZ, UK), M. Sereno (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy)
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Imagina el telescopio espacial Euclid como una cámara gigante y ultraprecisa que flota en el espacio profundo, con la tarea de tomar una "foto familiar" de 1.500 millones de galaxias. El objetivo es medir cuánto estas galaxias están ligeramente aplastadas o estiradas por la gravedad invisible del universo. Para lograrlo, la cámara necesita estar perfectamente enfocada. Si la lente está incluso un poquito fuera de foco, las galaxias se verán distorsionadas, y los científicos podrían confundir esa distorsión con la gravedad, arruinando el experimento.
Este artículo presenta una forma ingeniosa, rápida y sin modelos para comprobar si la cámara de Euclid está enfocada, utilizando una característica que normalmente estorba: las puntas de difracción.
El Problema: La "Araña" en la Lente
La mayoría de los telescopios tienen un espejo secundario sostenido en su lugar por soportes delgados (como las patas de una araña) frente a la lente principal. Cuando las estrellas brillantes brillan a través de estos soportes, crean cuatro líneas largas y delgadas de luz que irradian desde la estrella, llamadas puntas de difracción. Normalmente, los astrónomos intentan eliminar estas puntas porque parecen artefactos.
Sin embargo, el telescopio Euclid tiene un diseño único: sus "patas de araña" no están dispuestas de forma simétrica. Debido a esto, las puntas no se superponen perfectamente.
La Solución: El Truco del "Triángulo"
Los autores se dieron cuenta de que cuando el telescopio se desenfoca ligeramente (desenfoque), estas puntas no solo se vuelven borrosas; sino que cambian de posición.
Imagina que las tres puntas principales son las esquinas de un triángulo dibujado alrededor de la estrella.
- En foco perfecto: El triángulo tiene un tamaño específico.
- Fuera de foco: El triángulo se expande o se contrae, y sus esquinas se mueven hacia adentro o hacia afuera.
El artículo presenta un método para medir el tamaño de este "triángulo de puntas" en cuestión de segundos. Al medir qué tan grande es el triángulo, pueden calcular exactamente cuánto se ha movido el espejo secundario del telescopio a lo largo del eje óptico.
¿Qué tan preciso es?
El método es increíblemente sensible.
- Puede detectar movimientos del espejo de tan solo 0,022 micrómetros (eso es 22 nanómetros).
- Para ponerlo en perspectiva, eso es aproximadamente 1/40 del ancho de un cabello humano, o cerca del grosor de una sola hebra de ADN.
- Esto es lo suficientemente preciso como para rastrear los diminutos movimientos de "respiración" del telescopio causados por los cambios de temperatura en el espacio.
¿Qué descubrieron?
Usando esta regla del "triángulo de puntas", el equipo analizó los datos de Euclid y encontró cosas notables:
- El Telescopio es Sólido como una Roca: Desde julio de 2024, el telescopio Euclid ha sido excepcionalmente estable. Su enfoque no ha derivado salvajemente como lo hace el Telescopio Hubble (que "respira" hacia adentro y hacia afuera unos 2 micrómetros cada pocas horas debido a la sombra de la Tierra). El enfoque de Euclid solo oscila en cantidades minúsculas, principalmente debido a cambios térmicos normales.
- El Efecto de "Descongelación": El telescopio tuvo que calentarse dos veces (en marzo y junio de 2024) para derretir el hielo que se había acumulado en los espejos. Los autores descubrieron que estos eventos de calentamiento cambiaron permanentemente la forma en que el "triángulo de puntas" se comporta a través del campo de visión. Es como si calentaras una regla de metal y, tras hacerlo, las marcas en ella no solo se expandieran temporalmente, sino que se desplazaran ligeramente para siempre. Esto significa que el estado óptico del telescopio cambió permanentemente después de estos eventos.
- El Color Importa (Un Poco): El método es mayormente insensible al color, pero notaron que el color de la estrella afecta ligeramente la medición. Esto se debe probablemente a un espejo especial en el telescopio que divide la luz en diferentes colores. Sin embargo, este efecto es tan pequeño que no arruina la medición para la mayoría de las estrellas.
¿Por qué es esto importante?
Este método es una verificación de la realidad "rápida y directa" (en el buen sentido).
- Sin Suposiciones: No necesita un modelo computacional complejo de cómo debería verse el telescopio. Simplemente observa las puntas y las mide.
- Monitoreo en Tiempo Real: Puede decirle a los científicos en segundos si el telescopio se ha desviado del foco.
- Mejor Cosmología: Al conocer el enfoque exacto, los científicos pueden corregir las formas de las galaxias que están estudiando. Esto asegura que, al calcular la expansión del universo, no sean engañados por una cámara ligeramente borrosa.
En resumen, los autores convirtieron una molestia (las puntas de difracción) en una regla de alta precisión, demostrando que el telescopio Euclid es lo suficientemente estable como para realizar las mediciones cósmicas más precisas jamás intentadas.
Resumen Técnico: Euclid: Inferencia precisa del error de frente de onda por desenfoque a partir de mediciones de los picos de difracción de la imagen
Planteamiento del problema
El éxito de la misión Euclid en la cosmología de lentes gravitacionales débiles depende de la medición precisa de la forma de las galaxias, lo que requiere una comprensión sin precedentes de la Función de Dispersión de Punto (PSF). Los errores sistemáticos en el modelado de la PSF, particularmente aquellos derivados de los errores de frente de onda (WFE) por desenfoque, sesgan directamente las formas de las galaxias inferidas. Se espera que el desenfoque sea el componente más variable del WFE en la carga útil de Euclid, impulsado principalmente por fluctuaciones térmicas. Aunque el Consorcio Euclid emplea el modelado hacia adelante (forward modeling) de la PSF óptica, el monitoreo continuo e independiente del desenfoque es valioso para restringir estos modelos y monitorear el estado óptico de la nave espacial. Los métodos existentes suelen depender de modelos de PSF a priori o de sensores de frente de onda dedicados; existe la necesidad de un estimador rápido e independiente del modelo que pueda derivarse directamente de las exposiciones de la encuesta.
Metodología
Los autores presentan un método para estimar el desenfoque del instrumento VIS de Euclid mediante la medición de desplazamientos subpíxel en los picos de difracción generados por estrellas brillantes. Este enfoque aprovecha la colocación no simétrica respecto al espejo (no simétrica al espejo) de los puntales de la estructura del espejo secundario (M2) de la arquitectura del telescopio. A diferencia de las configuraciones de puntales simétricos donde los picos se superponen y oscurecen los desplazamientos, los puntales asimétricos de Euclid producen picos de difracción distintos y no superpuestos.
El núcleo de la metodología consiste en:
- Detección de picos: Para estrellas brillantes (magnitud Gaia G 11.5–15.5), el algoritmo encuentra iterativamente el centro de cada pico de difracción de tal manera que los momentos de brillo de primer orden desaparezcan.
- Métrica del área del triángulo: Las posiciones de los tres picos forman un triángulo. La raíz cuadrada del área encerrada por este triángulo (ADS) se utiliza como la métrica para el desenfoque. La orientación del triángulo determina el signo del desenfoque (intra-focal vs. extra-focal).
- Calibración: Utilizando datos de Calibración de Diversidad de Fase (PDC) de principios de 2024, donde el espejo secundario se desplazó intencionalmente a posiciones conocidas (±18μm y 0μm), los autores establecen una relación lineal entre ADS y el desplazamiento del espejo secundario (Δz).
- Estimación iterativa: Para dar cuenta de las variaciones dependientes del campo de visión (FoV) en la WFE de la línea base, los autores construyen una plantilla de alta resolución de la "línea base" de ADS a partir de un período de referencia estable. Esta línea base se resta de las exposiciones individuales para aislar el cambio relativo de desenfoque (Δzobs).
Contribuciones clave
- Estimador independiente del modelo: El método no requiere un modelo de PSF a priori y puede inferir el desenfoque de exposiciones individuales de la encuesta en cuestión de segundos.
- Alta precisión: El estimador logra una precisión por exposición de σ(Δz)=0.022μm, lo que corresponde a una diferencia de camino óptico pico a valle de 0.75 nm.
- Interpretación física: El desenfoque se expresa directamente como el desplazamiento del espejo secundario a lo largo del eje óptico, lo que permite una correlación directa con el comportamiento térmico y mecánico de la nave espacial.
- Generalizabilidad: La técnica es aplicable a cualquier telescopio con obstrucciones delgadas, rectas y no simétricas respecto al espejo en la pupila de entrada, como el Telescopio Espacial Roman.
Resultados
- Estabilidad temporal: Desde julio de 2024, tras dos campañas de descontaminación de hielo, el telescopio Euclid ha exhibido una estabilidad excepcional. Las variaciones de desenfoque son típicamente del orden de 0.1–0.3 μm, están altamente correlacionadas con las variaciones térmicas y son dos órdenes de magnitud más pequeñas que las variaciones de "respiración" observadas en el Telescopio Espacial Hubble.
- Impacto de la descongelación: El artículo demuestra que las campañas de descontaminación de hielo en marzo y junio de 2024 causaron cambios significativos e irreversibles en la estructura de la WFE dependiente del FoV. La distribución de la línea base del desenfoque cambió, lo que requiere una reevaluación de los supuestos de error de frente de onda del modelo de PSF.
- Dependencia del campo de visión (FoV): Aunque el cambio de desenfoque ocurre de manera homogénea en todo el FoV para la mayor parte de la encuesta, los autores identificaron una dependencia de la "línea base" del FoV. Restar esta línea base reduce la incertidumbre en la estimación del desenfoque en un factor de 3.22.
- Dependencias cromáticas y de magnitud: Se detectó una ligera correlación entre el desenfoque inferido y el color estelar (Gaia GBP−GRP), atribuida al WFE cromático del espejo dicroico. Sin embargo, este efecto es subdominante respecto a la incertidumbre estadística del método para poblaciones estelares típicas. También se observó una dependencia de la magnitud, probablemente debida a efectos sistemáticos en el algoritmo de detección de picos para estrellas muy brillantes (con sangrado/bleeding) o tenues.
- Requisitos del tamaño de la PSF: Los autores correlacionaron las estimaciones de desenfoque con el requisito de Euclid para el sesgo del tamaño de la PSF (∣ΔRPSF2/RPSF2∣<10−3). Determinaron que los desplazamientos del espejo secundario promediados en el campo que excedan ⟨Δzthr⟩=(0.0683±0.0024)μm violarían este requisito. La estabilidad observada del telescopio (variaciones muy por debajo de este umbral) sugiere que los períodos prolongados de datos de la encuesta nominal pueden servir como campos de calibración estables para el modelado de la PSF.
Significancia
El artículo afirma que este método proporciona una herramienta de monitoreo robusta y en tiempo real para la nave espacial Euclid y suministra una restricción (prior) estricta para el ajuste computacionalmente intensivo del modelo de PSF. Al demostrar la estabilidad sin precedentes del telescopio Euclid tras la descontaminación, este trabajo valida el diseño de la misión para la medición coherente de la forma de las galaxias. La capacidad de rastrear los desplazamientos inducidos térmicamente y la evolución temporal sin hardware adicional o un modelado complejo mejora la confiabilidad de las inferencias cosmológicas de lentes débiles. Además, el método ofrece una vía rápida y accesible para monitorear la evolución del estado óptico de la nave espacial, aplicable más allá de Euclid a otros telescopios con configuraciones ópticas similares.
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Utilizado por investigadores de Stanford, Cambridge y la Academia Francesa de Ciencias.
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