Introducción a la Astronomía de Rayos X

Guía 01: Observaciones de rayos X: producción de listas de eventos reprocesadas

Introducción

A lo largo de esta guía aprenderemos a realizar búsquedas en las bases de datos de los intrumentos de rayos-X disponibles y descargar y procesar observaciones de las cámaras EPIC del satélite XMM-Newton.

Alternativas para la búsqueda de observaciones

Existen muchas maneras de obtener observaciones de rayos X a través de la red. Damos aquí tres opciones básicas. La primera hace uso de la base de datos de altas energías HEASARC, mientras que la segunda y tercera corresponden a las bases de datos espefícas de los satélites XMM-Newton y Chandra. Recomendamos tomarse un tiempo para familiarizarse con las páginas web, la forma en que se presentan los datos, vistas rápidas, etcétera.

HEASARC → Browse → ingresar nombre de fuente o coordenadas y elegir misiones de rayos-X:

https://heasarc.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/W3Browse/w3browse.pl

Base de datos de XMM-Newton (XSA) → “Search XSA”

https://www.cosmos.esa.int/web/xmm-newton/xsa

Base de datos de Chandra (CDA)

https://cxc.cfa.harvard.edu/cda/

        Vista rápida (quick picture)                 https://cda.harvard.edu/pop/

        Webchaser                                https://cda.harvard.edu/chaser/

Datos de XMM-Newton

A lo largo del curso utilizaremos datos correspondientes a observaciones realizadas con el satélite XMM-Newton para aprender la forma general en que se empaquetan los datos de rayos-X, la nomenclatura utilizada y los pasos a realizar para procesar y calibrar estos datos y obtener productos científicos como imágenes, curvas de luz y espectros.

Si bien los datos de XMM-Newton se proveen en formato PPS calibrados a la fecha de su obtención, durante el curso trabajaremos con los datos crudos en formato ODF que reprocesaremos con las calibraciones más actuales disponibles. Estos datos se pueden descargar comprimidos en formato .tar.gz por ejemplo desde XSA de manera directa o creando un usuario.

ODF (Observation Data Files)

Los ODF incluyen las listas de eventos crudas de las cámaras EPIC, RGS y OM, así como los archivos de descripción del estado del satélite.

Denominación de los archivos ODF:

        mmmm_iiiiiijjkk_aabeeeccfff.zzz

                mmmm: número de revolución del satélite

                iiiiiijjkk: número de observación

                aa: detector (M1,M2,PN)

                b: observación programada (S), no-programada (U), (X) en general

                eee: número de exposición dentro de la observación

                cc: identificador del CCD

                fff: identificador de datos

                zzz: formato (FITS,ASCII)

Crear un directorio específico donde descargar los datos de las observaciones (recomendamos no utilizar espacios en los nombres de los directorios; reemplazar ALGO por su propio camino):

        Ejemplo:        > mkdir -p ~/ALGO/data/0013340101

Depositar allí los datos ODF descargados de XSA o HEASARC:

        Ejemplo:         Descomprimir > tar -zxvf 0013340101.tar.gz

        Y luego:        Descomprimir > tar -xvf *.TAR

Una vez descomprimidos, podemos pasar a descargar los archivos de calibración CCF actualizados y vincularlos con los ODF como paso previo al reprocesamiento de las observaciones. La forma más sencilla que recomendamos es mantener un directorio sincronizado con la calibración válida de XMM, usando rsync. Conviene actualizarla cada vez que se vaya a trabajar sobre un nuevo conjunto de datos. La primera vez demora mucho tiempo en descargar, pero luego las actualizaciones son rápidas. Otra opción es usar la página web de XMM, para descargar sólos los CCF indispensables (https://www.cosmos.esa.int/web/xmm-newton/cifbuild).

Crear y sincronizar un directorio con los CCF:

> cd /PATHTO/sas        (dirigirse a donde tengan instalado SAS)

> mkdir CCF

> cd CCF

> rsync -v -a --progress --delete --delete-after --force --include='*.CCF' --exclude='*/' sasdev-xmm.esac.esa.int::XMM_VALID_CCF .

Para comenzar con el reprocesamiento, primero debemos inicializar SAS, y definir variables del entorno que indican los caminos a los directorios donde está instalado SAS, los CCF y los ODF.

Crear el directorio de trabajo analysis para su OBSID e iniciar allí HEASOFT y SAS:

> mkdir -p ~/ALGO/analysis/0013340101

> cd ~/ALGO/analysis/0013340101

> heainit

> sasinit

La tarea de inicialización sasinit ejecuta, a su vez, la tarea sasversion que imprime los valores de todas las variables de entorno necesarias. Podemos verificar ahí los valores de estas variables para estar seguros que apuntan a los caminos adecuados con los que estamos trabajando, cada vez que lo consideremos necesario.

Apuntar archivos de la Observación (ODF)

Para indicar a SAS dónde encontrar los archivos de la observación, debemos apuntar la variable SAS_ODF al directorio donde almacenamos los ODF ya descomprimidos.

> export SAS_ODF=~/ALGO/data/0013340101/

Apuntar archivos de Calibración (CCF)

Para indicar a SAS dónde encontrar los archivos de calibración, debemos apuntar la variable SAS_CCFPATH al directorio donde almacenamos los CCF.

> export SAS_CCFPATH=/PATHTO/CCF  (pudo haber sido definido también por ej. en .bashrc)

Para procesar los datos ODF primero deben identificarse los archivos necesarios dentro del conjunto de todos los CCF. Tal tarea se realiza generando un índice denominado archivo CIF, que informará a SAS la lista de archivos de calibración específicos para cada uno de los instrumentos, mediante la tarea cifbuild.

Ejecutar la tarea

> cifbuild

La salida será un archivo llamado ccf.cif en el directorio de trabajo donde se ejecutó cifbuild. El archivo ccf.cif es una archivo FITS que puede ser visualizado por ejemplo con la tarea fv de HEASOFT. Contiene la referencia a todos los archivos de calibración CCF requeridos por los ODF sin especificar el camino en nuestro sistema (withccfpath=no). Una vez que contamos con el ccf.cif, debemos apuntar la variable SAS_CCF a él.

Apuntar la variable al nuevo índice generado en el directorio de trabajo

> export SAS_CCF=~/ALGO/analysis/0013340101/ccf.cif

Además, en cada conjunto ODF hay un archivo que resume toda la información de la observación cuyo nombre contiene la cadena *SUM.ASC. Antes de reprocesar los datos, este archivo debe ser actualizado usando el comando odfingest, que se encarga de recabar la información de los ODF para producir un nuevo resumen *SUM.SAS:

Ejecutar la tarea

> odfingest

Esta tarea tarda un tiempo determinado, dependiendo de la longitud del conjunto de ODF. Una vez que finaliza, debemos actualizar la variable SAS_ODF de manera que ésta apunte al nuevo resumen:

Apuntar la variable al nuevo resumen generado en el directorio de trabajo

> export SAS_ODF=~/ALGO/analysis/0013340101/………SUM.SAS

Este resumen es un archivo ASCII que puede ser explorado con cualquier editor de texto. Es recomendable revisarlo para verificar si en su interior, la variable PATH apunta al directorio donde se almacenan los ODF a reprocesar en nuestro sistema.

Ahora sí, estamos preparados para realizar el reprocesamiento de los ODF utilizando las calibraciones actualizadas disponibles en nuestro directorio de CCF. Para ello se utilizan las meta-tareas:

Ejecutar para EPIC-MOS:

> emproc

Ejecutar para EPIC-pn:

> epproc

Los valores por defecto para esta meta-tareas son apropiados para la mayoría de los casos y sólo deben ser modificados en casos muy particulares. Estas meta-tareas dan lugar a nuevos archivos con los siguientes nombres en el directorio de trabajo (EPN para PN y EMOS1 o EMOS2 para MOS1 o MOS2, respectivamente).

        ????_??????????_AttHk.ds                        (el nuevo archivo de satélite)

        ????_??????????_EPN_????_01_Badpixels.ds         (una tabla por CCD con los pixeles malos)

        ????_??????????_EPN_????_ImagingEvts.ds          (la lista de eventos calibrada)

A partir de las listas de eventos calibradas (que son archivos en formato FITS con extensión ds), en las próximas Guías procederemos a realizar filtrados, extraer imágenes, curvas de luz y espectros mediante la tarea evselect.