Algoritmi per Astronomia nei raggi X

Si tratta di una attività condotta da svariati anni da un gruppo di ricercatori di OAPA.

Nell'ambito di questa attività il risultato principale conseguito fino ad oggi è lo sviluppo e l'implementazione di un algoritmo di rivelazione di sorgenti, basato sulle trasformate Wavelet, per i dati raccolti dagli strumenti ad immagine di Chandra, e più recentemente per i dati della camera EPIC di XMM-Newton. Tali algoritmi sono utilizzati con successo per l'analisi dei dati di Chandra e di XMM-Newton i cui risultati sono stati pubblicati su riviste internazionali.

Il gruppo di Palermo sin dal 2001 ha messo a disposizione della intera comunita` internazionale una versione pubblica (V1.0) del proprio algoritmo di rivelazione PWDetect per Chandra. Tale algoritmo e` disponibile attraverso all'indirizzo: http://cerere.astropa.unipa.it/progetti_ricerca/PWDetect.html oltre che essere pubblicizzata attraverso il sito WEB del Chandra X-ray Center (CXC) alla pagina
http://asc.harvard.edu/cont-soft/soft-exchange.html.

Il software PWDetect per Chandra ha subito nell'ultimo anno alcuni miglioramenti, soprattutto per ciò che riguarda la sua capacità di discriminare coppie di sorgenti molto vicine, e nel calcolo accurato dei flussi delle sorgenti rivelate. Nel far ciò, si è tenuto conto della variazione della PSF nel campo di vista, sia in direzione radiale che azimutale, e separamente per HRC-I, ACIS-I e ACIS-S. Nel caso di sorgenti molto brillanti (p.es. rivelate con 1 milione di fotoni) sono state modellate le ``ali'' della PSF in PWDetect, per evitare la rivelazione di decine di sorgenti spurie dovute a questa apparente emissione diffusa. Sempre nel caso di sorgenti brillanti, sono stati modellati e corretti i cosiddetti ``out of time events'' (fotoni registrati dal rivelatore durante la fase di lettura), che possono dare luogo anche a centinaia di rivelazioni spurie. Inoltre, PWDetect è stato adattato per potere analizzare dati Chandra contenenti molti milioni di fotoni X senza perdere in efficienza. Tutti questi miglioramenti hanno permesso di applicare PWDetect ai dati della survey ultra-profonda della Nebulosa di Orione (850 ksec), raccolti nel gennaio 2003 (3.1.1). Nell'analisi di questi dati è stata sfruttata la capacità di PWDetect di calcolare limiti superiori al flusso di sorgenti non rivelate, ponendo particolare attenzione al caso di oggetti non rivelati vicini a sorgenti rivelate, in presenza di PSF fortemente asimmetrica, un caso nel quale il calcolo di questi limiti superiori può essere spesso falsato.

Come parte di questa attivita` il gruppo ha inoltre sviluppato versioni specializzate del codice per poter analizzare congiuntamente immagini quasi-copuntate della stessa regione di cielo, anche se ottenute con differenti rivelatori e differenti angoli di rotazione delle immagini. In tal modo e` possibile riuscire a raggiungere nella parte comune delle immagini una sensibilita` limite significativamente maggiore di quella ottenibile perfino con la piu` profonda delle singoli immagini. Un esempio di questa metodologia e` illustrato in Fig. 77 per il caso di 5 distinte osservazioni (3 HRC-I e 2 ACIS-I) dell'ammasso stellare giovane NGC 2516.

Figura 77: L'immagine somma della regione centrata sull'ammasso aperto NGC2516. L'immagine e` ottenuta sommando 3 osservazioni HRC-I e 2 osservazioni ACIS-I (che occupano solo la parte centrale del campo di vista). In tal modo la sensibilita` limite raggiunta cresce di un fattore all'incirca di 1.5.

L'analogo algoritmo di rivelazione (PWXDetect) per i dati di XMM-Newton è stato anch'esso completato. Anche in questo caso si è tenuto conto più accuratamente possibile delle informazioni disponibili sulle PSF dei tre rivelatori ad immagine di EPIC (pn, MOS1 e MOS2) nel ricostruire i flussi delle sorgenti. Dato che di regola i dati EPIC consistono di tre immagini copuntate e simultanee ottenute con i tre rivelatori, è stata posta particolare attenzione nello sviluppo di PWXDetect nel caso specifico dei dati combinati, ed in particolare nella scelta dei relativi ``pesi'' sia nel calcolo della PSF, sia del valore del fondo e del flusso della sorgenti (i tre rivelatori hanno infatti aree efficaci differenti tra loro). L'algoritmo PWXDetect è stato testato, oltre che all'Osservatorio di Palermo, anche presso altri gruppi in Italia (Osservatorio Astronomico di Roma). Esso è stato recentemente impiegato in grossi progetti di analisi di dati stellari, come la survey XEST della regione di formazione stellare del Toro-Auriga (Güdel et al. 2006), o l'osservazione profonda della nube di $\rho$ Oph (Sciortino et al. 2006).