Development of a hybrid algorithm for time-resolved stellar photometry from space images.

CoRoT (Convection, Rotation and planetary Transits) é uma missão espacial liderada pela Agência Espacial Francesa (CNES) em associação com diversos parceiros internacionais, entre eles o Brasil. Seus objetivos principais são o estudo da sismologia estelar e a procura por planetas extra-solares (exoplanetas). Ambos os programas científicos baseiam-se em uma fotometria de altíssima precisão e requerem observações ininterruptas de longa duração, possíveis somente a partir do espaço. Uma revisão da literatura indica a existência de três técnicas principais para a realização de fotometria estelar a partir de imagens capturadas em CCDs: fotometria por máscara (por abertura), por ajuste de limiar (por threshold), e por ajuste da resposta impulsiva do sistema de aquisição de imagens. A fotometria por máscara, ou por abertura, apresenta maior precisão para o registro de estrelas brilhantes, em cenários de maior estabilidade de atitude do satélite (situação de baixo jitter), e é a solução adotada a bordo pelo satélite CoRoT, por ser um algoritmo determinístico. A fotometria por ajuste da resposta impulsiva, também chamada de função de espalhamento do ponto (point-spread function, PSF), por sua vez, por levar em conta a resposta do sistema a uma fonte pontual de luz, permite a restauração da imagem original através de processos de deconvolução; apresenta maior precisão para estrelas fracas, ou em um cenário degradado, com perturbações devidas a radiação externa (stray light), ou em que o jitter de atitude do satélite seja elevado. Tal robustez é uma característica desejada no processo de restauração de imagens. Já a fotometria por threshold é aplicada somente em casos de jitter muito elevado e pobre conhecimento da resposta impulsiva do sistema, de modo que não é utilizada no satélite CoRoT. Este trabalho visa consolidar e potencializar a participação brasileira no projeto CoRoT e contribuir com os esforços associados à redução de dados da missão, através de uma proposta inovadora de fotometria híbrida, que se utilizará dos conhecimentos da PSF modelada do instrumento e da alta relação sinal/ruído alcançada com a fotometria por máscara realizada a bordo, baseada e fundamentada em resultados preliminares que atestam o potencial desta metodologia. Tal algoritmo permite um ganho substancial de precisão fotométrica em relação à técnica de abertura, resultando em uma melhor exploração dos dados disponíveis, dada a sua robustez em caso de degradação dos dados de entrada.CoRoT (Convection, Rotation and planetary Transits) is a high precision photometry experience dedicated to stellar seismology and the search for extrasolar planets. The mission is led by the French Space Agency (CNES) in association with several French laboratories and international partners in Austria, Belgium, Germany, Spain and Brazil. Both scientific programs require great instrumental stability and long, uninterrupted observation runs, which take place simultaneously on adjacent regions of the sky. An overview of the literature displays three main techniques to perform stellar photometry from space CCD images: aperture photometry, threshold photometry and PSF-fitting photometry. Aperture photometry defines a mask which represents the CCD pixels to be summed up in the computation of the collected photon flux for a given star. This method presents very high precision for isolated, bright stars and for stable satellite attitude (low jitter scenarios). It is the data reduction technique implemented on-board, due both to link capacity constraints (given the large number of targets simultaneously observed by the instrument) and to its deterministic algorithm. Fitting photometry allows restoration of degraded stellar images through deconvolution processes, using the point spread function (PSF) of the optical instrument itself. This technique presents better performance for crowded fields and for faint stars; it also presents robustness in the presence of disturbances such as stray light or high satellite attitude jitter. Finally, threshold photometry takes into account only those pixels whose values are above a given pre-computed level. This method is used only in scenarios with excessive satellite depointing due to attitude jitter, or in cases where the instrumental PSF is poorly known. Therefore, it is not used in the CoRoT mission. This work intends to consolidate and strengthen the Brazilian share in the CoRoT Project, contributing to the efforts associated to the ground-based reduction of scientific data, through an innovative, hybrid photometry technique, which will take advantage of a high-resolution instrumental PSF and of the high signal-to-noise-ratio obtained in the on-board aperture photometry. Studies here described show that this methodology, compared to the Aperture technique, achieves gains in photometric precision and in the operational duty cycle, enabling robust and accurate data exploitation