费米LAT数据处理初体验·入门篇

释放双眼,带上耳机,听听看~!

费米伽玛射线望远镜的官方数据处理软件叫做Fermi Science Tools,最近得到机会尝了一下鲜,算是把LAT数据处理的整个过程摸索了一遍,于是将主要步骤和心得总结备考。由于内容较多,这次先介绍基本的数据处理步骤,至于比较麻烦的光谱分析则留给后文解决。其实跟HEAsoft比起来,Fermi Science Tools的整人程度要差得远,首先安装上就要简单快捷许多。先从这里下载当前的版本,解压,得到一个名为ScienceTools-v9r15p2-fssc-20090808-PLATFORM的文件夹(以当前的版本为例,其中PLATFORM对应匹配的操作系统版本,请自行替换之)。进入这个文件夹,在终端输入如下命令: ./configure >& configure.out 如果顺利的话,这一步完成后,软件就已经安装完毕了。比起HEAsoft动辄需要半小时甚至更久的编译时间,Fermi Science Tools的安装只消几秒钟。为使用方便起见,接下来要设置环境变量,以bash用户为例,打开家目录下的.bashrc文件,加入以下两行内容即可: export FERMI_DIR=$HOME/glast/ScienceTools-v9r15p2-fssc-20090808-PLATFORM/i686-pc-linux-gnu-libc2.3.4
source $FERMI_DIR/fermi-init.sh 当然,这里的文件夹名称需要自己根据实际情况修改。Fermi Science Tools的方便之处是,安装完毕就可以运行了,不像HEAsoft那样还有配置校准文件一类的琐事。然后是准备数据,提取原始数据的网站是这里,按要求填好目标天体中心坐标、覆盖天区范围、观测时间、能段范围和数据类别即可。需要注意的一是观测时间,费米望远镜在大部分工作时间内进行的观测基本是巡天模式,换句话说不针对特定目标,而是每隔几小时就扫描全天一次,所以观测时间一般来说不必特指,而且由于GeV高能光子数量并不多,一个建议是不要选取过短。另一点是数据类别,包括光子数据(Photon Data)、扩展数据(Extended Data)以及航天器数据(Spacecraft Data)三类,所有这些数据都以FITS格式提供,其中第一、三两类是必需的。光子数据是航天器接收的原始事件序列记录,内有待提取的图象、光谱和光变的一切信息;航天器数据与观测时望远镜的姿态和位置有关,对于后面的数据筛选来说非常重要。下面这张图片是官方网站提供的数据处理流程图。在介绍基本处理步骤之前,有必要先简单介绍一下软件包的主要工具。至于探测器的结构和工作原理本文就免了,有兴趣可参考旧文或者官方资料。费米LAT数据处理初体验·入门篇gtselect:gtselect应该可以说是所有分析的前提。它的作用是根据原始数据和一系列的选择标准,生成新的FITS格式文件。这里的选择标准包括时间范围、能量范围、天顶角和天区,不过在实际操作中,天区应与下载原始数据时的选择一致,否则会带来一些麻烦。至于能量范围,一般的建议是不要选满LAT的全能段,原因是探测器有效面积在接近上下限时比较低。而考虑地球照的影响,天顶角也不宜过大,官方有建议是以105度为好。下面提供有效面积的形式供参考,其中的θ表示辐射源相对LAT轴向的倾角:费米LAT数据处理初体验·入门篇这个有效面积描述的是有效面积与入射角度和能量之间的关系,换句话说是LAT探测光子效率的表征,在后续文章准备介绍的exposure map生成时还会用到。上图只是正面照射的情形,背面照射的形式有所不同,不过总体趋势无异。除了有效面积,响应函数还与许多其他因素有关,名称叫做P6_V3_DIFFUSE。至于选择时间范围,不知道如何换算年月日与任务时间?没关系,只消打开原始数据的FITS文件头就可以查到了,所以这不是问题。不过如果连FITS是个什么东西都不知道,那建议还是先补补课再说吧……gtmktime:时间段选择工具,主要是根据航天器数据筛选数据处理所需要的有效时间段。最基本的筛选指标是南大西洋异常区(SAA),好象跟地球的范艾伦辐射带有关,具体是啥东西本人也没搞清楚,总之是望远镜在经过南大西洋上空时获取的数据不甚可靠,当然除此以外还有其他一系列的标准,在此不赘述。经过gtselect与gtmktime处理之后的数据方可用于真正的分析工作。gtbin:数据合并工具,将输入数据(gtmktime的结果外带航天器数据)按时间、能量或者空间标准进行合并,可以生成光谱、光变曲线或者图象/Data Cube,生成结果的类型由algorithm参数来定义。说到这里,成图成谱成光变就都可以实现了,只要三步,gtselect->gtmktime->gtbin。本人拿来试刀的目标叫做Terzan 5,是个具有高能辐射的球状星团。下图是费米的图象,圆圈所指大致是星团位置,其实它的高能辐射和银河系比起来要弱上许多。费米LAT数据处理初体验·入门篇以Terzan 5为例,下面就是具体输入的内容:[bzhang@Melipal terzan5]$ gtselect
Input FT1 file[list]
Output FT1 file[ter5_filtered_5deg.fits]
RA for new search center (degrees) (0:360) [267.02]
Dec for new search center (degrees) (-90:90) [-24.7792]
radius of new search region (degrees) (0:180) [5]
start time (MET in s) (0:) [239557417]
end time (MET in s) (0:) [298530000]
lower energy limit (MeV) (0:) [200]
upper energy limit (MeV) (0:) [300000]
maximum zenith angle value (degrees) (0:180) [105][bzhang@Melipal terzan5]$ gtmktime
Spacecraft data file[L100618062133E0D2F37E56_SC00.fits]
Filter expression[IN_SAA!=T&&DATA_QUAL==1]
Apply ROI-based zenith angle cut[yes]
Event data file[ter5_filtered_5deg.fits]
Output event file name[ter5_filtered_5deg_gti.fits][bzhang@Melipal terzan5]$ gtbin
This is gtbin version ScienceTools-v9r15p2-fssc-20090808
Type of output file (CCUBE|CMAP|LC|PHA1|PHA2) [CMAP] LC
Event data file name[ter5_filtered_5deg_gti.fits]
Output file name[ter5_filtered_5deg_gti_img_gal.fits] ter5_filtered_5deg_gti_lc.fits
Spacecraft data file name[L100618062133E0D2F37E56_SC00.fits]
Algorithm for defining time bins (FILE|LIN|SNR) [LIN]
Start value for first time bin in MET[239557417]
Stop value for last time bin in MET[249953847]
Width of linearly uniform time bins in seconds[300000]到这里就已经可以生成光变曲线了。用Fermi Science Tools自带的fv绘制曲线如下:费米LAT数据处理初体验·入门篇基本的处理步骤是这些,至于各个参数,酌情修改就是了,最可靠的参考还是官方手册。对于gtbin来说,如果要成图,可以将算法选择为CMAP。如果后面要做光谱分析,就应该如此设置。不过以上只是针对持续辐射源的,还没有尝试伽玛暴数据的处理,这正是最近本人打算摸索的内容。PS:强烈BS卖票比座位多的港龙航空外加手检胶片一脸不情愿的深圳宝安机场,以后再也不想乘坐港龙的飞机了,嗯嗯……内容来自 Bo Zhang's Homepage

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