射电星表与多波段数据自动化证认方法研究

Catalogs crossmatching among different wavelengths is a common but very difficult problem in astronomy, especially when objects have extended spatial structures like jet, lobe, etc. In radio observation, an object can have several detections corresponding to various components, and it is hard to specify the relation between them, i.e. to cross-identify among different wavelengths. Traditionally, these associations are annotated by hand by expert radio astronomers. This however is not practical nor scalable to the massive datasets resulting from the next generation advanced telescopes, e.g. ALMA, FAST, SKA. We propose to develop an automated method for finding the correct association between radio detections. Based on geometrical model, we can include related sources and find the possibility of their combination by Bayesian hypothesis testing. To test the effectiveness of our method, we would crossmatch the SWIRE infrared catalog with the ATLAS radio catalog. Then to verify the accuracy of our new method we compare our results to the result of manual cross identification by radio astronomers. We expect this method will provide a fast, accurate and scalable solution for crossmatching and combining catalogs of different wavelengths.

不同波段星表交叉证认是天文数据融合及天文学研究中颇为棘手的问题。如果被证认的源具有延展结构，则更是如此。例如，在射电波段观测的射电星系具有核与喷流等结构。这些结构的相互关系不易确认，也难以在其他波段星表中找到对应体。以往这类证认工作只能由射电天文学家人工完成。这种工作方式无法应对ALMA、FAST、SKA等新一代观测设备带来的海量数据。因而，本项目提出一种自动化方法来证认射电天体的各个部分及其在其他波段的对应体。我们通过数学模型来描述可能相关的射电源，使用贝叶斯假设推断方法对模型进行概率计算以检查它们的相关性，并找到被证认源在其他波段的对应体。这种自动证认方法提供了多波段延展天体证认的可行途径，可应用于未来大规模巡天观测数据的交叉证认和数据融合工作。项目组计划将本方法应用于SWIRE红外星表和ATLAS射电星表的重叠区域上来检验新方法的有效性，并与此前天文学家人工证认的结果进行对比分析。

现在广泛使用的交叉证认工具和方法本质上都是为点源数据设计的。它们适用于融合光学星表及延展结构很小的源，对于大型星系或射电源则近乎无能为力。科学家们只能通过肉眼的方式对复杂展源结构进行分析，并证认其光学对应体。这显然无法扩展到未来对于SKA等大规模射电数据的分析中。为此，本课题着眼于解决两个问题：如何知道几个射电目标来自同一天体，它们分别是这一天体的什么部分；这一射电天体在别的波段数据中有何对应体。并就此展开了多个内容的研究，包括射电天体延展结构候选成员的搜寻方法；带延展结构的射电天体的结构特征研究及建模；模型的参数化与计算优化；数值计算结果分析方法研究等等。.本项目按计划完成了各项工作，并达成了预期的研究目标。项目组对天体目标搜寻及星表点对点交叉证认方法进行了深入研究，掌握了多种搜索方法并进行了程序实现。除了发布在线交叉证认服务，相关方法也应用到了多个课题组的科研工作及横向课题中。本项目通过研究多个几何模型及贝叶斯假设推断方法，成功地找到了一种方法来自动化地在星表中识别带延展结构射电源的各个组成部分，并证认其光学对应体。通过对比，程序自动识别及证认方法与人手工方法证认的结果非常接近。该成果得到了国际上相关领域研究人员的关注，未来将可能应用到EMU等SKA先导项目的数据处理流程中。该方法已形成多篇论文，其软件产品也已经登记了软件著作权。