最後はL3です。新たに発掘された4月12日に撮影したものですが、FWHMだけ見ても9以下のものもあり、L1と比べても全然いいのがわかります。途中時間が経つと悪くなってしまっているので、FWHMが12以上、もしくは、星の数が35以下は使わないという判断をここでしました。FWHMが12という理由は、前回の主にL1のFWHMが13程度だったので、それよりもいいものを使おうということ、星の数は、飛び抜けて数が少ないものを捨てようという意図です。L1にも同様の判断をしたものが、上の図の結果というわけです。L3は全部で139枚撮影して、そのうち24枚除いた115枚を採用しています。



L2は論外なので使わないとして、まずはL1を全て（赤のxは無視して）使った場合と、L3を基準内で使った場合を比較します。それぞれWBPPでインテグレートしてできたL画像に、ABEの4次とDBEをかけて、BXTのCorrect onlyをかけ、その後BXTの星の縮小を0.5、ハロは0、PSFはオートで、背景は1.0をかけます。2枚ともインテグレート後も全て同じ条件で処理しています。

できた2枚の画像を前回締めしたハッブルの画像とほぼ同じ位置で切り取り、重ねてGIF画像で切り替えて見えるようにしてみました。

違いがわかりますでしょうか？ぱっと見どこが違うかわかりにくいかもしれませんが、じっと見てるとモヤっとしてるか、星になっているかなど、違いが見えてくると思います。恒星が大きく見えるのがL1、小さく見えるのがL3です。BXTを同様にかけても、出来上がりの恒星の大きさは元の恒星の大きさに依るということがまずわかります。

上の画像だとちょっとわかりにくかもしれないので、L1でBXTに拾われなくて、L3でBXTに拾われたと思われる恒星を拾ってみました。
もしかしたら取りこぼしているものもあるかもしれませんし、判断が難しいものもありましたが、とりあえず24個と少なくとも無視できないくらいの数の違いがあります。

これらは最終処理で見える星として生き残るものです。一方、モヤモヤしていてまだBXTで取りこぼしてしまっているものも多数あることもわかります。これらは最終処理では背景に埋もれてしまい、星として見えることはないですし、モヤモヤも背景をある程度明るくしないとわからないので、実質的には表には出てこないでしょう。それでも、どれだけシンチレーションがいい日に撮影したとしても、BXTを使う限り、その閾値の上下で星として生き残るか無視されてしまうかが決まってしまうのかという問題は、今のところ避けることはできないようです。かといって、BXTを使わなければ、さらに多くの星が星として成り立たずに背景に埋もれてしまうので、今の所BXTを使う方向でいくほうが有利なのかと思います。

いずれにせよシンチレーションでBXTの有効範囲が大きく変わり、シンチレーションがいいほどより多くの恒星を救えることがわかりました。

一方、銀河本体はというと、あまり目に見えては改善しているように見えませんが、それでも細かいところを見てみると少なくとも何か改善はあるように見えます。



次に興味があるのが、L1にL3と同じ採用基準でいいと判断した画像を、L3画像に加えてインテグレートしたものを考えてみます。せっかく撮影した画像をできるだけ使いたいというもったいない精神です。

枚数は元のL3が115枚で、同条件で採用されたL1が40枚です。枚数が(115 + 40) /  115 = 1.38倍に増えたので、S/Nは√1.38 = 1.16倍くらいよくなるはずです。

インテグレーション直後の画像でPIのScript -> Image Analysis -> SNRView (PI上にロードしてある画像のS/Nを一度に評価してくれる)比較してみると、L3のみのS/Nが41.24dB、L3+L1のS/Nが42.65dBでその差は1.41dB = 1.176倍になり、ほぼ枚数増加で期待されるS/Nの増加となっていることがわかります。

これで気を良くしたので、恒星の数も増えると期待して、改めてL3だけの画像と、L3+L1の画像を同様にGIFで比較してみます。

こちらはさらに変化がわかりにくいですね。なのでこれも同様に、変化のあった恒星を丸で囲みました。非常に面白い結果です。まず、青丸がL3+L1でBXTに恒星として認識されずL3のみのときにBXTで認識されたと思われる恒星です。数を数えると12個もあります。黄色の丸は逆にL3+L1の方がBXTで救い取られている恒星ですが、こちらの方が数が圧倒的に少ないです。撮影枚数の少ないL3だけの方が、恒星に関してはより分解能が出ているということで、S/Nとは逆転現象が起きてしまっています。

ちなみに紫色の丸はL3とL3+L1で位置がずれてしまっているものです。BXTで何らかの認識はされたのですが、補正が必ずしもうまくいっていないということでしょうか。どちらの位置があっているかはわからないですが、そもそもたまたま両画像で星の一致しているからといって、必ずしもその位置が正しいかどうかはわかりません。元々相当暗くて淡くて広がってしまっている星です。シンチレーションで星の位置がぶれていたり、インテグレートする時に画像を歪ませていることもありするので、この結果だけでBXTに問題があるというのは早計でしょう。これらのことについては、別途きちんと定量的な評価をすべきかと思います。



さて、このS/Nと恒星の分解能について少し考えてみます。私は最初単純に枚数が多いL3+L1の方がS/Nもよくなり、分解能も良くなると思い込んでいました。S/Nは数値的にもほぼ理論に従いましたが、分解能に関してはL1を加えた枚数が多い方が悪くなってしまっているようです。

このことについては、ラッキーイメージ的な解釈である程度納得することができました。L3に加えたL1画像は、基準が同じといってもL3と比べたら、L3の中でもかなり悪い画像に相当するものなのかと思います。ここでいう悪いというのは、FWHMが12に近い大きなもので、星の数も少ない方という意味です。たとえ枚数が少なくても、いい画像のみを集めて使うラッキーイメージと似たことが起こったと思うと、S/N(明るい信号部分と暗いノイズ部分の比)は悪くても、明るいところの分解能は得をするということでしょうか。

こう考えると、S/Nと分解能は結構独立で、別個のパラメータと考えた方が良さそうです。今回はL3をFWHMが12以下で区切って使っていますが、銀河部分をメインに考えるとS/Nは十分取れているので、もっと枚数を減らしても良いのではと考えることもできます。FWHMの基準を厳しくしたほうが、元々の目的のM104の内部の構造を出すという目的からは、正しいのではないかと推測できるわけです。

でもこれをどこまで攻めてもいいのか？S/Nをどこまで落としてもいいのかの基準がよくわからないので、判断が難しいです。例えばL3画像でFWHMを10以下として、枚数は半分程度に減ってしまうかもしれませんが、実際に試して画像処理までしてみるのは価値があるかもしれません。

と、ここまで記事を書いて疑問に思ったので、焦らずに疑問はできるだけ解決するということで、実際に試してみました。条件はSubframeSelectorでL3画像のうちをFWHM10以下、かつ星の数が50以上のものを採用するとしました。枚数的にはFWHM12以下、かつ星の数が35以上だったときに115/139枚だったのが、44/139枚と、3分の1強くらいになりました。これで全く同じ条件でWBPPをかけインテグレーション直後でまずはS/Nを測定してみると、115枚だった時が上でも示しましたが41.24dBで、さらに条件を厳しくした44枚の方が37.57dBでした。115枚と44枚から計算したS/Nの改善比はsqrt(115/44) = 1.62です。一方インテグレーションした画像の実測値での比は41.24 - 37.57 [dB] = 3.67 [dB] = 10 ^ (3.67 / 20) = 1.53となるので、1.62から少しだけずれますが、まあ誤差の範囲内で一致してるといっていいでしょう。

では同様にL3で115枚使った時と、44枚使った時を、GIFアニメで比較してみます。
S/Nで高々1.5倍程度の違いなのに、大きく違って見えます。違いを挙げてみると、

1. 115枚の方が、恒星が大きく見えて、44枚の方は恒星が小さく見える。
2. 44枚の方が背景がノイジーで荒れている。
3. 44枚の方はBXTで救いきれていない、取りこぼしている恒星が多い。
4. 銀河本体の評価は難しく、一見44枚の方が細かいところまで出ている気もするが、ノイジーなだけの気もする。

1. 恒星の肥大に関しては、FWHMが小さい44枚の方が（同じパラメータの）BXTをかけた後でも小さくでるので、FWHMだけで判断してしまっていいでしょう。やはりラッキーイメージ的なFWHMが小さいものを選ぶのは、恒星の鋭さでは結果的にも有利です。

2. 見かけの背景の荒れ具合はどこまで炙り出したかだけの問題なので、背景が荒れ荒れに見えるのは気にしないでください。同じS/Nの画像でも強炙り出しすれば荒れて「見えて」しまいます。

3. それよりもここで重要なのは、暗くて淡い恒星の出具合が全く違ってしまっていることです。明るい恒星は元々S/Nが高いので、2枚の画像であまり差はないですが、暗い恒星はS/Nが低いのでNの影響をより大きく受けます。

例えば、115枚インテグレーションした画像の中で、BXTでギリギリ生き残った星のS/Nをインテグレーション直後の画像で測定すると (実際は淡い星の範囲を決めるのが難しいので測定もなかなか難しいのですが)、少なくとも2から3くらいはあります。一方、115枚画像で生き残った同じ星と同じ位置の、44枚の画像で生き残らなかった星のS/Nを測定すると1から1.5程度で、有意に差があります。115枚の時に2とか3あったS/Nが、枚数が44枚と少なくなりノイズが1.5倍ほど上がり、S/Nも1.5分の1ほどになり、恒星として認識されなくなったということかと思います。

このように、高々1.5倍程度のわずかなノイズの増加が、淡い部分には決定的に効いてしまうわけです。

4. 恒星のFWHMが小さいと背景の分解能もより出ているはずですが、いかんせんノイズのNが悪くて判断がつきにくく、全体としては44枚の方が不利と言っていいでしょう。


こうなるともう、ラッキーイメージで枚数を制限するか、S/Nを稼ぐために多少FWMHは悪くても枚数を増やすかは、完全にトレードオフですね。恒星の鋭さを取るか、淡い恒星が残るのを取るかです。銀河本体も同様にトレードオフかと思います。要するにその場その場に置いて、どちらを取る方が有利か判断して決めるべきなのかと思います。しかもインテグレーションまでしての判断なので、手間も時間もかかり、きちんとやろうとするとかなり大変になりそうです。

それよりも、これ以上の劇的な改善を考えるとすると、

• 同等のシンチレーションのいい日に、より多くの枚数を撮影するか
• 同等のシンチレーションのいい日に、より暗い空で撮影するか

だと思います。今のノイズは光害によるスカイノイズが支配的なので、このスカイノイズを改善する方法を考えるべきだということです。言い換えると、ここまで来てやっと自宅の光害が問題になるレベルに辿り着き、やっと暗い場所で撮影するべきかどうかの議論する価値が出てきたということなのかと思います。これまでは基本自宅撮影が多くて、今回のM104は系外銀河で背景を気にしなければ銀河本体はそこそこ明るいので、自宅でも十分だと思っていました。今のところ自宅だと厳しいと思ったのが、

• M81を撮影した時のIFN
• Sh2-240やダイオウイカなどのものすごく淡い天体を撮影した時

ですが、今回の

• 系外銀河周りの恒星を出したい時

が新たに加わり、3つになりました。

まだ暗黒帯とかにあまり手を出していないので、ここら辺もいずれ暗いところを求めることになるかと思いますが、徐々に自宅撮影の限界が見えてきたということだと思います。今のところ頻繁に遠征に行くのは時間的に厳しいので、貴重な遠征の機会を逃さないように、あらかじめ遠征時のターゲットをはっきり決めて置くことがこれからの課題でしょうか。



FWHMを12ピクセルで切ったL3のみ44枚でインテグレートしたL画像と、前回までの画像処理で使ったRGB画像を使って、画像処理をしてみます。

比較しやすくするため、ハッブル、今回、前回の順で並べます。


恒星のシャープさは上がりました。救い上げた星の数は増えましたが、一部以前残っていた星が新たに消えてしまっているものもあります。でも、ハッブルの画像みたいに微恒星が一面に星が散らばっている様子からは程遠いので、ここら辺が次の課題でしょうか。

銀河本体は一部前回のほうが良かったところもあるように見えますが、基本的には今回の方が細部も出ていて、明らかに良くなっています。ハッブルの画像に多少なりとも近づいているのかと思います。どうやら改めて全画像処理工程をほぼやり直した甲斐はあったようです。

全体像も更新です。




今回いろいろ試したことで、FWHMで分解能を評価できる手法はある程度確立できたのかと思います。やはりシンチレーションの影響は大きく、まずはいい日を選ぶことかと思います。その一方、淡い部分はS/Nの、特にノイズが大きく関係するので、全体の仕上がりとしてはFWFMだけでなく、枚数をある程度確保するか、スカイノイズを回避する必要があるのかと思います。

長かったですが、M104はとりあえずこれで完了とします。次回M104に挑戦するときは、暗い場所に行って撮影し、恒星がどこまで出るのか挑戦してみたいと思います。