跳到主要内容
Sandbox Physics
行星从恒星前面经过

AC17 · L3

拟合一段固定 TESS 凌星光变

固定的 WASP-126 光变可以拟合半径比与持续时间,但最佳冲击参数会贴近零边界。教程保留实测样本和完整剖面,让一个看似精确的最低点,不至于盖住其条件假设。

从真实产品与数据列开始

输入是 TIC 25155310,也就是 WASP-126 的 SPOC 第一扇区光变产品:tess2018206045859-s0001-0000000025155310-0120-s_lc.fits。数据发布号四十二,处理版本 spoc-5.0.10-20200904,原文件共有二万零七十六行。小输入包附原始校验和、精确头部块与提取脚本。

五个时间窗从 BTJD 一三二七点五二起,每隔三点二八八八天取一个中心,两侧各留零点二八天。选择依据是预先指定的时段,没有按通量高低剔除。工作周期对应发现论文表六的初值,随后会参与拟合。

CSV 保存二千零一十七行,包括原行号、窗口号、采样号、质量标志、SAP 与 PDCSAP 通量及误差、已去除背景及误差,还有质心与位置列。非有限值留空。要求质量为零、时间与 PDC 通量误差有限、误差为正后,接受二千零七行;排除的十行仍保留在原始 CSV。

对应阅读:TESS Science Data Products Description, Revision F · Maxted et al. 2016, Five WASP-South Planets, arXiv v1

看清时间、背景和已经做过的修正

TIME 采用天、质心动力学时,参考儒略日为二四五七〇〇〇,时间戳位于采样窗中点。TIMECORR 已经加进 TIME,再加一次会移动事件。

通量单位是电子每秒。SAP_BKG 保存管线已经去掉的背景,不应再减。PDCSAP 也已经修正孔径截获比例和已知近邻拥挤;原始 CROWDSAP 为零点九七二五二〇八三,FLFRCSAP 为零点八八五二五六一一,随输入保留,PDC 通量保持管线修正后的数值。

采样跨度是一百二十秒,但逐帧积光、读出与机载剔除,让有效积光时间有所不同,头部把它们分开记录。这里用均匀的一百二十秒窗近似测量,没有重建机载究竟剔除了哪些帧。

对应阅读:TESS Science Data Products Description, Revision F · MAST TESS Data Product Overview

在普通文件夹重跑

把下方科学文件放在一起。实测输入和固定输出都能匿名下载。只有可选的原始 FITS 刷新步骤另需 Astropy,并先比较来源文件的 SHA-256 校验和;日常复算只读保存的 CSV,不依赖网络。

第一条科学命令拟合实测光变,第二条生成独立解析合成参考与密集曝光平均。两种计算各有标签。记录的本机环境下,脱离仓库重跑能得到相同 JSON;换数值库后,应按数值容差比较,不假定优化器路径逐字相同。

                  python3 -m venv .venv
source .venv/bin/activate
python3 -m pip install -r requirements.txt
python3 -W error replay-transits.py --data . --out transit-fit-rerun.json
python3 -W error reference-transits.py --input synthetic-input.json --out analytic-reference-rerun.json
                

对应阅读:batman author tutorial and pinned package 2.5.3 · TESS Science Data Products Description, Revision F

同时拟合凌星与每段基线

用保存的一个中位通量,同时归一化 PDC 数值和误差。拟合半径比、冲击参数、轨道尺度、中心时刻与周期。默认临边系数固定为零点四五、零点二〇,是明确的教学假设;PDC 之后的额外混入光先取零。

每次尝试参数,先计算圆轨道光变,在每个两分钟窗内平均,再为每段观测单独求基线截距与线性趋势。这些基线系数在非线性拟合内部,通过加权线性最小二乘求出,用于描述局部缓慢漂移。

目标函数使用来源逐点误差,四种起始路径检查其他最低点。得到的条件最佳值约为 p=0.07673p=0.07673、b=0b=0、a/R⋆=7.858a/R_\star=7.858,周期 P=3.288756 dP=3.288756\,\mathrm d,持续时间 T14=3.454 hT_{14}=3.454\,\mathrm h。圆轨道条件密度约为 848 kg m−3848\,\mathrm{kg\,m^{-3}}。这些数值属于这组固定光源假设,没有重新完整刻画 WASP-126 系统。

对应阅读:Mandel & Agol 2002, Analytic Lightcurves, arXiv v1 · TESS Science Data Products Description, Revision F

先读路径剖面,再说误差

保存的剖面依次固定零至一点二的二十五个冲击参数,每次重新拟合其余参数。最佳点贴近非负边界;固定为零点二〇、零点三五和零点五〇时,目标值分别升高约零点八六、三点四〇和十点四六。下图是条件目标剖面,不是后验概率密度。

高冲击参数若沿用很小的初始行星,可能完全不重叠。此时模型是一条平线,优化器没有有用梯度。脚本保留这次起点的目标值,再用能重叠的半径重新开始。高参数尾部直接展示了:正常停下的优化器,也可能没有找到所需凌星最低点。

归一化残差均方根约为零点〇〇一三一,邻点相关约负零点〇〇二四;一百二十四组完整十五采样块的散布,约为白噪声缩放的倍数一点〇四。这些诊断描述本段数据;误差是否独立、参数区间是否具有所称覆盖率,还需进一步检验。

0.9880.9941.0001.006-6-3036距拟合中心 · 小时
全部二千零七个接受的实测采样,除以各段拟合基线,再按拟合周期折叠;每十五点显示一次来源逐点误差。实线来自同一份保存的条件拟合,没有按通量剔除或补造观测。
01416642560.00.30.60.91.2固定冲击参数
全部二十五个剖面点;纵向为目标值升高,采用 asinh 拉伸。每点都重拟合其他参数。这是在来源逐点高斯误差下的条件剖面,不是后验或对称误差棒。高冲击参数的原始起点失败保留在下载输出。

对应阅读:Dawson & Johnson 2012, Photoeccentric Effect I, v3 · TESS Science Data Products Description, Revision F

改变假设,再细化曝光

把恒星改成均匀亮度,同一组观测会给出约 p=0.08198p=0.08198、b=0.680b=0.680;假定 PDC 后仍有零点三的额外伴星光量比,则得到 p=0.08750p=0.08750。这些是改变光源假设后的敏感性拟合,并不证明哪一种假设真实。

这里的两分钟窗已经细分得不错:固定最佳参数时,九点与六十五点平均的最大通量差,约为一百万分之零点零七;十七点重新拟合也几乎不改半径比。采用瞬时点,持续时间在本例只小幅变化。曝光再长,影响可以明显放大,合成长曝光预设展示的正是那种情况。

修改实验时,保留全部样本、残差、冲击参数剖面、起点结果与敏感性拟合。一个有用的下一步,是独立约束波段临边亮度或剩余近邻光,再重看条件参数范围。

对应阅读:Kipping 2010, Finite Integration Time, arXiv v1 · MAST TESS Data Product Overview

练习与解释性答案

  1. 最佳冲击参数为零,为什么不能直接说轨道被精确测成居中?

    展开解释

    零是参数边界。附近路径能通过改变别的参数得到相近形状;要读单侧剖面与相应假设,局部对称协方差可能藏住这种形状。

  2. 只有 PDCSAP 与 CROWDSAP,应该再用拥挤比例修一次深度吗?

    展开解释

    选用的管线产品已修正已知近邻拥挤,重复计算会改两次。未知额外光是另一项物理假设,应明确加入模型检验。

  3. 高冲击拟合报告成功,却没有预测凌星,复算怎样诊断?

    展开解释

    保留原目标值,并从能发生重叠的半径重新拟合。比较二者,就能找出平坦且初始化不良的解。

动手检验预测

把实测拟合与合成计算连起来

  1. 用亮度模型先预测:若假定额外伴星光,推得半径会往哪边改?
  2. 选择擦边预设,解释真实拟合的高冲击起点为何需要能重叠的半径。
  3. 比较曝光与瞬时曲线,同时说明两条合成曲线各描述什么。

把科学文件放在同一文件夹,按固定 NumPy、SciPy、batman 依赖重跑;只有可选原始 FITS 刷新另用 Astropy 环境。

来源与计算范围

  1. Mandel & Agol 2002, Analytic Lightcurves, arXiv v1

    2002年10月3日第一版,ApJ 580,L171–L176。核读第2–4节均匀重叠、二次亮度归一化与表1特殊分段,第5节明确小半径比近似。现有档案 PDF 有较晚排版页首,这里固定提交版本。

  2. Kipping 2010, Finite Integration Time, arXiv v1

    2010年4月21日第一版。第2节追踪接触移动与参数偏移,第3.3节分析弯曲段和接触附近的数值积分误差;平均时间窗与精确仪器取样核分别说明。

  3. TESS Science Data Products Description, Revision F

    2020年9月11日修订F。第2.4、2.7、5.2.2节和质量表32,说明时间标准、逐帧剔除、光变列与标志。实测输入保留 DR42/SPOC 原始头与数值,不用手册示例替代。

  4. MAST TESS Data Product Overview

    官方档案说明 SAP 与 PDC 的处理差异,PDCSAP 已修正孔径截获比例与已知近邻拥挤;教程因此保留元数据而不重复修正。

  5. batman author tutorial and pinned package 2.5.3

    作者文档说明解析二次临边光变与轨道约定。独立参考使用经 PyPI 核对的 batman-package 2.5.3。保留库的原始边界失败,并用已发表特殊椭圆积分式及独立 Cartesian 积分复核星盘中心接触;不把 GPL 内核复制到交互 Engine。

  6. Maxted et al. 2016, Five WASP-South Planets, arXiv v1

    2016年2月4日第一版,A&A 591,A55。第2–4节与表6记录 WASP-126 发现测光、视向速度、轨道假设及初始周期3.28880天;还核对了原始 arXiv TeX 表格。教程拟合的是后来 TESS 产品,不是发现数据。

  7. Dawson & Johnson 2012, Photoeccentric Effect I, v3

    2012年11月2日第三版。第2节式3–7、第3.1–3.2节与图2–3:短凌星速度因子、条件密度、弯曲的偏心率与方向后验、恒星误差和凌星选择。后验示例与实测应用分别标注。

反馈这个页面有错误、看不明白,或者缺了什么?告诉我们
反馈类型

提交时会附带本页地址、Lab ID、网站语言和设备类型。请不要填写个人信息。反馈最多保存 12 个月。隐私政策