The Roman Coronagraph Community Participation Program: early calibration plan and pilot observation of a companion

Resumen Técnico: El Programa de Participación de la Comunidad del Coronógrafo de Roman: Plan de Calibración Temprano y Observación Piloto de un Compañero

Problema y Contexto
El Telescopio Espacial Nancy Grace Roman, cuyo lanzamiento está programado para agosto de 2026, porta el Instrumento Coronógrafo (CGI), un explorador de tecnología diseñado para demostrar capacidades críticas para futuras misiones del Observatorio de Mundos Habitables (HWO). El CGI tiene como objetivo alcanzar relaciones de contraste de $\sim 10^{-8}$ a $10^{-9}$ para observar directamente planetas gigantes maduros en luz reflejada visible. Sin embargo, el instrumento enfrenta desafíos operativos significativos, incluyendo una apertura de entrada compleja con una gran obstrucción central, un bajo rendimiento (pocos por ciento) y la necesidad de un control preciso del frente de onda en el espacio. Para maximizar el retorno científico y preparar a la comunidad en general para estas capacidades sin precedentes, se estableció el Programa de Participación de la Comunidad (CPP). El desafío principal abordado en este artículo es el desarrollo de una estrategia de calibración de "línea base" robusta para los primeros meses de operación del instrumento y el diseño de una observación piloto para validar el flujo de trabajo de observación y el flujo de reducción de datos de extremo a extremo antes de intentar objetivos científicos más difíciles.

Metodología
El artículo describe un enfoque de dos vertientes: el refinamiento del plan de calibración en el cielo y la preparación de una observación piloto específica.

1. Actualización de la Estrategia de Calibración:
   Los autores actualizaron el plan de calibración inicial (definido previamente en Zellem et al. 2022) basándose en estimaciones más precisas de tiempo de reloj y presupuestos de error. La estrategia prioriza la "completitud primero", asegurando que se adquiera un conjunto completo de calibraciones de línea base tempranamente para validar el Flujo de Reducción de Datos (DRP) y el software de análisis. Las actividades de calibración clave incluyen:

• Calibración de Flujo Absoluto (AF): Observación de estrellas estándar CALSPEC con y sin filtros de densidad neutra (ND). El plan se optimizó para usar menos estrellas (1 brillante, 3 tenues) logrando aun así un Presupuesto de Contraste Estimado (CBE) de ~2.9%, reduciendo el tiempo de reloj para permitir la repetición.
• Calibración de Rendimiento del Núcleo (CT): Utilizando un patrón de dither azimutal más disperso (de 2.8 a $9 \lambda/D$) en lugar del patrón de arco denso anterior. Este ajuste acomoda objetivos más cercanos al Ángulo de Trabajo Interno (IWA) y verifica asimetrías, manteniendo la actividad por debajo de las 3 horas.
• Calibraciones Astrométricas, de Campo Plano (Flat Field) y de Detector: Estas incluyen el mapeo de distorsión usando la Gran Nube de Magallanes, la creación de campos planos usando Neptuno o Urano, y la caracterización del ruido del detector (CTI, rayos cósmicos, corriente oscura y no linealidad).
• Modos de Objetivo (Goal Modes): Aunque el modo de Banda Estrecha 1 de Campo Estrecho del Coronógrafo de Lyot Híbrido (HLC NF B1) es el nivel de Requisito de Demostración Tecnológica 1 (TTR5), se planean calibraciones para polarimetría y espectroscopía bajo un criterio de "Mejor Esfuerzo" con una cadencia menor.

2. Diseño de la Observación Piloto:
   Los autores proponen un programa piloto para observar la estrella compañera HD 29992 B. Los criterios de selección requirieron una estrella anfitjeña con $V < 6$ (para probar el sensor de frente de onda de bajo orden), una relación de flujo entre $10^{-5}$ y $10^{-6}$ en la Banda 1 (575 nm), y una separación dentro del campo de visión de HLC B1 (150–450 mas).

• Refinamiento del Objetivo: Se seleccionó HD 29992 B, una compañera de tipo enana M. Sus parámetros orbitales fueron refinados utilizando un nuevo punto astrométrico de MagAO-X (marzo de 2026), el cual reveló que la compañera estaba más alejada de lo predicho anteriormente. El nuevo ajuste predice una separación de $\sim 324$–$345$ mas a finales de 2026, situándola cerca de la marca de $6 \lambda/D$.
• Simulación y Planificación: Utilizando la herramienta CorgiSim, el equipo simuló integraciones de 1.6 ks (2 rotaciones) con una estrella de referencia (V=1.8). Las simulaciones probaron niveles de contraste bruto de $3 \times 10^{-8}$ (nominal) y $1 \times 10^{-7}$ (pesimista) para evaluar la necesidad de Post-Procesamiento (sustracción de PSF).

Contribuciones Clave y Resultados

• Plan de Calibración Optimizado: El artículo presenta una Tabla 2 revisada que detalla el tiempo de reloj y los requisitos de los objetivos para cada ítem de calibración. Los autores demuestran que, al ajustar el número de estrellas estándar y el patrón de dither, pueden mantener el rigor científico mientras reducen significativamente el tiempo requerido para la calibración, liberando así más tiempo para objetivos científicos desafiantes.
• Refinamiento Orbital de HD 29992 B: A través de la integración de nuevos datos de MagAO-X, los autores resolvieron las degeneraciones en la órbita de la compañera. La predicción actualizada sitúa a la compañera en una separación favorable ($\sim 6 \lambda/D$) y una relación de flujo ($\sim 3 \times 10^{-6}$ a $3 \times 10^{-5}$) que la convierte en un objetivo de "entrenamiento" ideal.
• Simulación de Validación del Flujo de Trabajo: Las simulaciones indican que, para HD 29992 B, la compañera debería ser fácilmente recuperable incluso con un contraste bruto pesimista ($10^{-7}$) y un post-procesamiento mínimo. En el caso nominal ($3 \times 10^{-8}$), la compañera es recuperable sin sustracción de PSF. Esto confirma la viabilidad de usar este objetivo como una verificación funcional para validar cabeceras, orientación y el DRP.

Significancia y Afirmaciones
Este trabajo posiciona este esfuerzo como un paso crítico para la transición del Coronógrafo de Roman de la fase de comisionamiento a la verificación científica. Los autores afirman que el enfoque de calibración propuesto de "completitud primero" y la observación piloto de HD 29992 B están diseñados para:

1. Mitigar el Riesgo: Al asegurar una detección de "contraste moderado" de forma temprana, el equipo puede validar todo el flujo de observación y las herramientas de reducción de datos antes de intentar objetivos más difíciles (como enanas marrones o planetas más tenues).
2. Entrenamiento de la Comunidad: El programa piloto sirve como un conjunto de datos de "entrenamiento" para familiarizar a la comunidad con el rendimiento del instrumento y el DRP en un régimen donde la señal es robusta.
3. Preparación Operativa: La actividad proporcionará retroalimentación inmediata sobre el rendimiento del contraste, la estabilidad del sensor de frente de onda y la eficacia de varias estrategias de sustracción de PSF (por ejemplo, sustracción por rotación vs. sustracción por estrella de referencia).

Los autores concluyen modestamente que, si bien el sistema aún requiere pruebas para modos de conteo de fotones y diversas configuraciones de fotogramas, este programa piloto es esencial para asegurar que la comunidad esté preparada para observar al menos un planeta gigante maduro en luz reflejada visible durante la fase de observación de 2027.