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

Resumo Técnico: O Efeito do "Roll-Drift" nas Imagens do ACS/WFC

1. O Problema

Em junho de 2024, o Telescópio Espacial Hubble (HST) transitou para o Modo de Giroscópio Reduzido (RGM). Uma consequência não intencional dessa mudança operacional foi o aumento na frequência de eventos de Perda de Bloqueio (Loss of Lock - LoL) não declarados.

• Mecanismo: Durante uma exposição, o HST pode perder a precisão do guiamento, resultando em um desvio (deriva) do ponto de mira.
• Impacto: Esse desvio causa um "espalhamento" (smearing) da luz da fonte alvo na imagem resultante, degradando a qualidade dos dados.
• Desafio Crítico: Diferente dos eventos LoL declarados, esses eventos não declarados não são sinalizados automaticamente pelos sistemas do observatório. Isso cria uma necessidade urgente de monitorar novos dados para identificar degradação silenciosa que poderia comprometer medições científicas de alta precisão ou exigir a reobservação dos alvos.

2. Metodologia

A equipe do Advanced Camera for Surveys (ACS) desenvolveu uma abordagem baseada em simulação e análise de parâmetros fotométricos para quantificar e detectar esse efeito, denominado "roll-drift".

• Simulação de Roll-Drift:
  • Utilizaram-se imagens reais de arquivo do ACS/WFC (arquivo .flc) livres de roll-drift como base.
  • Aplicou-se um deslocamento incremental (ex: 0,1 pixels) até um deslocamento final (ex: 5 pixels) usando o módulo scipy.ndimage.shift.
  • Para simular o efeito físico de "espalhamento" durante a integração, gerou-se a imagem final para cada deslocamento total calculando a média de todas as imagens deslocadas acumuladas até aquele ponto.
• Análise Fotométrica (hst1pass):
  • As imagens simuladas e a imagem original foram processadas com o código hst1pass (Anderson 2022) para fotometria de ajuste de PSF (Função de Espalhamento de Ponto).
  • O foco foi configurado como um parâmetro livre para permitir que o código tentasse ajustar o melhor modelo possível, mesmo para estrelas espalhadas.
• Parâmetro de Diagnóstico:
  • O foco da análise foi o parâmetro qfit (ou q), que mede a qualidade do ajuste do modelo de PSF à fonte.
  • Valores baixos de qfit (~0,02–0,04) indicam bons ajustes; valores altos (>0,2) indicam má qualidade de ajuste ou fontes resolvidas/rayos cósmicos.

3. Resultados Principais

A análise correlacionou a magnitude do deslocamento (roll-drift) com o aumento do valor qfit e o nível de foco calculado.

• Relação entre Deslocamento e qfit:
  • Existe uma tendência clara de aumento do qfit conforme o roll-drift aumenta.
  • Regime de Baixo Deslocamento (0 a ~0,6 pixels): O nível de foco calculado aumenta gradualmente, pois o algoritmo tenta ajustar modelos de PSF mais alongados para compensar o espalhamento.
  • Regime de Transição (~0,7 a 1,1 pixels): A curva de qfit estabiliza temporariamente. O ajuste de PSF ainda consegue lidar com o espalhamento usando modelos alongados, mantendo o qfit em níveis aceitáveis.
  • Regime de Falha (>1,1 pixels): O qfit ultrapassa o limiar de "estrelas boas" (~0,2) e continua a subir. O código de fotometria falha em ajustar um modelo de PSF adequado, indicando que a fotometria torna-se não confiável.
• Indistinguibilidade de Pequenos Deslocamentos:
  • Deslocamentos pequenos (entre 0,1 e 0,4 pixels) resultam em valores de qfit que se sobrepõem à distribuição de imagens normais (sem roll-drift).
  • Isso significa que imagens com pequenos roll-drifts podem não apresentar indícios visuais óbvios de espalhamento e passar despercebidas em verificações visuais simples, embora possam afetar medições de alta precisão.
• Limiar de Alerta:
  • O estudo identifica um limiar de qfit ≈ 0,2. Valores acima deste indicam que a imagem provavelmente sofreu roll-drift significativo (>1 pixel) e os dados podem estar comprometidos.

4. Contribuições e Recomendações

• Monitoramento Automatizado: A equipe do ACS implementou uma rotina automatizada que executa hst1pass em todos os novos dados do ACS/WFC assim que são obtidos.
• Fluxo de Trabalho: Os valores de qfit são tabulados e uma equipe revisa diariamente imagens com valores suspeitos para inspeção manual de anomalias.
• Recomendação aos Usuários:
  • Usuários de dados do HST coletados após a transição para o RGM devem considerar executar hst1pass em seus próprios dados.
  • A inspeção do valor qfit e a verificação visual são recomendadas para identificar possíveis roll-drifts não declarados.
  • Em caso de dúvida, os usuários devem contatar o Help Desk do STScI.

5. Significância

Este relatório é fundamental para a comunidade astronômica que utiliza o HST, pois:

1. Quantifica um risco operacional novo introduzido pelo Modo de Giroscópio Reduzido.
2. Fornece uma ferramenta de diagnóstico prática (qfit) para que os usuários possam rapidamente filtrar dados degradados sem depender de alertas automáticos do telescópio (que não existem para LoL não declarados).
3. Estabelece limites de confiança: Define que dados com qfit > 0,2 devem ser tratados com cautela ou descartados para fotometria de alta precisão, enquanto dados com pequenos desvios podem ainda ser úteis, mas exigem atenção para medições finas.
4. Mitiga perdas de tempo: Ao permitir a identificação precoce de dados ruins, evita-se o desperdício de tempo de observação e recursos computacionais na análise de dados inutilizáveis.