CCD Rotation Rates From Regular Dispersion Solution Monitoring

Resumo Técnico: Taxas de Rotação do CCD a partir do Monitoramento da Solução de Dispersão Regular (STIS ISR 2026-03)

Definição do Problema
O CCD do STIS exibe uma rotação lenta e de longo prazo, previamente quantificada através de mudanças nos traços espectrais, evolução do flat-field e análise astrométrica. Esta rotação induz deslocamentos sistemáticos no comprimento de onda dos espectros, particularmente nas bordas do detector, o que pode degradar a precisão da calibração de comprimento de onda. Embora estudos anteriores (ex: STIS ISR 2007-03, 2022-01) tenham medido esta rotação usando análise de traço espectral e evolução de flat-field, este relatório visa fornecer uma quantificação espectroscópica independente do ângulo e da taxa de rotação do CCD. O estudo busca avaliar a consistência destas medições entre diferentes redes de difração e comprimentos de onda centrais, além de comparar os achados com análises prévias.

Metodologia
Os autores utilizaram observações espectroscópicas da lâmpada HITM1 dos programas de monitoramento da solução de dispersão do CCD do STIS, abrangendo do Ciclo 11 ao Ciclo 33 (aproximadamente duas décadas). A análise focou em seis configurações de rede: G750L, G750M, G430L, G430M, G230LB e G230MB, em vários comprimentos de onda centrais.

A metodologia procedeu da seguinte forma:

1. Redução de Dados: A pipeline calstis foi executada para calibrar os dados em comprimento de onda.
2. Extração Espectral: 32 espectros foram extraídos de arquivos de lâmpada flt calibrados em diferentes linhas (de 16 a 1008) utilizando a tarefa stistools.x1d. Isso permitiu a examinação dos efeitos de rotação em toda a extensão do CCD.
3. Correlação Cruzada: Para medir o deslocamento ao longo do eixo de dispersão ($\Delta x$), espectros extraídos na mesma linha do detector em diferentes ciclos foram correlacionados cruzadamente, utilizando o Ciclo 11 como época de referência. Uma função quadrática foi ajustada à curva de correlação cruzada para determinar o atraso de pixel.
4. Análise de Subintervalos: Para testar efeitos dependentes do comprimento de onda, os espectros para cada rede foram divididos em seis subintervalos, e correlações cruzadas dedicadas foram realizadas para cada um.
5. Derivação do Ângulo de Rotação: Os deslocamentos $\Delta x$ medidos foram convertidos em ângulos de rotação ($\gamma$) usando um modelo geométrico baseado em uma rotação anti-horária rígida em torno de um ponto central $(x_0, y_0) = (468.02, 411.18)$ pixels. Sob a aproximação de pequenos ângulos, o ângulo de rotação foi estimado usando a relação $\gamma \approx \Delta x / r$, onde $r$ é a distância vertical do centro de rotação.
6. Cálculo da Taxa: Ajustes lineares foram aplicados aos ângulos derivados ao longo do tempo para determinar as taxas de rotação (graus/ano) para cada rede e posição.

Principais Contribuições

• Verificação Independente: Este relatório fornece uma determinação independente do ângulo de rotação do CCD usando deslocamentos de linhas de emissão espectroscópicas, distinta da análise de traço espectral usada no STIS ISR 2007-03.
• Cobertura Abrangente de Redes: O estudo estende a análise para uma ampla gama de redes e comprimentos de onda centrais, confirmando que o impacto da rotação é consistente entre diferentes configurações de instrumentos.
• Quantificação de Efeitos de Borda: A análise rastreia explicitamente a degradação da precisão da calibração de comprimento de onda nas bordas do detector (especificamente próximo à linha 900, a pseudo-abertura E1), mostrando que ciclos recentes exibem deslocamentos que excedem a precisão esperada de $\pm 0.2$ pixel.
• Dados de Referência: O relatório fornece taxas de rotação medianas para monitoramento e calibração futuros, tabeladas para as configurações G750, G430 e G230.

Resultos

• Taxas de Rotação: As taxas de rotação medianas medidas são amplamente consistentes com estudos anteriores dentro de $1\text{--}3\sigma$. Por exemplo, a configuração G750L/7751 rendeu uma taxa de $0.0033 \pm 0.0004$ deg/ano, enquanto a G430L/4300 rendeu $0.0036 \pm 0.0003$ deg/ano. Estes valores alinham-se com a taxa de $\sim 0.0031$ deg/ano citada no STIS ISR 2022-01 e com a faixa de $0.0031\text{--}0.0041$ deg/ano do STIS ISR 2007-03.
• Tendências Espaciais: Os dados confirmam um padrão de deslocamento sistemático: deslocamentos positivos (redshifts) no topo do CCD e deslocamentos negativos (blueshifts) na parte inferior, em relação ao centro de rotação.
• Consistência: As taxas de rotação derivadas de diferentes redes e subintervalos de comprimento de onda são mutuamente consistentes, apoiando a hipótesidade de uma rotação de corpo rígido que afeta todas as redes do CCD de forma semelhante.
• Limitações: Os autores observam que a análise depende de várias suposições, incluindo uma rotação perfeitamente rígida, um centro de rotação fixo na linha $\sim 400$ e a aproximação de pequenos ângulos. A presença de dispersão nas taxas derivadas sugere que estas suposições são aproximações, embora permaneçam razoáveis para a análise atual.
• Desempenho de Borda: Nas bordas do CCD (ex: linha $\sim 900$), os deslocamentos de comprimento de onda em ciclos recentes excedem o limiar de precisão de $\pm 0.2$ pixel, confirmando a necessidade de correção.

Significância
O artigo conclui que a rotação do CCD tem um impacto mensurável e consistente na precisão da calibração de comprimento de onda das observações espectroscópicas do STIS. Os achados validam medições anteriores usando uma metodologia diferente e confirmam que a rotação afeta todas as redes monitoradas. O relatório destaca que, sem correção, a precisão da calibração nas bordas do detector não atende mais aos padrões esperados em ciclos recentes. Estes resultados contribuem para o monitoramento contínuo da rotação do CCD do STIS e informam o desenvolvimento de correções de calibração, como as implementadas na pipeline calstis (conforme descrito no paralelo STIS ISR 2026-04) para mitigar deslocamentos de comprimento de onda na posição E1 e em outras localizações do detector.