紫金山天文台领衔团队在韦布空间望远镜图像叠加中取得突破性进展

中国科学院紫金山天文台领衔的联合研究团队使用“多次曝光图像反混叠与PSF反卷积叠加（UPDC）”算法对“韦布空间望远镜（JWST）”的多次曝光图像进行重新叠加，生成并发布了国际上首个JWST多次曝光图像反混叠和PSF反卷积叠加数据集。该工作以“UPdec-Webb: A Dataset for Coaddition of JWST NIRCam Images”为题于2025年1月14日在《天体物理学杂志增刊系列》Astrophysical Journal Supplement Series上在线发表。

UPDC算法由紫金山天文台研究人员王蕾、李国亮和康熙在2022年提出，原本是被设计用来叠加“中国空间站工程巡天望远镜-多通道成像仪模块（CSST-MCI）”多次曝光图像的程序，该程序能够利用1600幅最暗只有26星等的MCI多次曝光图像叠加成1幅最暗达到30星等的超深场图像。该算法已在CSST-MCI的仿真图像叠加中展现出优异的性能。

联合研究团队由紫金山天文台领衔，中国科学院上海天文台，中国科学院国家天文台，浙江大学，云南大学，南美天文研究中心等单位参与。研究人员首次将UPDC算法运用于实际观测数据的叠加，并生成了数据集：UPdec-Webb（本例为SMACSJ0723星系团）。该数据集将为基于JWST的科学研究提供更高分辨率，更高采样率，更高信噪比的科学图像，为超高红移暗弱天体探测，引力透镜形态测量，密近源的解析和星系子结构的分辨提供强有力的数据支撑。本例中UPDC算法产生的UPdec-Webb数据集为JWST提升了至少1倍的光学分辨率（如图 1），在同天区同样的叠加图像数目情况下，UPdec-Webb找到暗弱源数目比国际上常用的Drizzle算法（也是JWST和HST的pipeline的标准叠加算法）多出约50%（如图 2）。借助该数据集，研究人员还发现一对新的密近双星系统，而该双星系统在此前Drizzle叠加图像中是无法分辨的（如图 3）。审稿人对该工作给予肯定评价，认为它将开启利用反卷积算法对JWST和同样具有欠采样PSF的欧几里得（Euclid NISP）望远镜图像进行叠加的新研究热点，并鼓励将UPDC算法代码贡献到天文开源社区。

论文第一作者为中国科学院紫金山天文台南极天文和射电天文研究部高级工程师王蕾，通讯作者为上海天文台研究员陕欢源。论文数据UPdec-Webb已经发布到中国虚拟天文台China-VO。该研究工作得到了国家自然科学基金委、中国载人航天计划、前沿科学重点研究计划、光合基金和国家基础学科公共科学数据中心等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.3847/1538-4365/ad9566

UPDC链接：https://doi.org/10.1093/mnras/stac2664

UPdec-Webb数据集链接：doi:10.12149/101436

图 1：左图是JWST数据处理管线Drizzle算法给出的结果，右图是新算法UPDC给出的结果，可以看到左图卷积在一些亮源上的JWST标志性雪花星芒（WebbPSF）消失或大幅削弱了，右图更加清晰锐利，具有更高分辨率。

图 2：用多波段证认手段展示UPDC带来的暗弱源探测率的提升。上排三图是 Drizzle 叠加的JWST 长波三个通道，中排是 UPDC算法第 5 次迭代的结果，下排是对应的 UPDC第 10 次迭代的输出。上排图像中对于相同颜色的箭头所标注的源在其他波段没有对应探测，但经过UPDC叠加，如中排和下排，可以看到这些源已经被探测到，探测软件使用了PhotutilsV1.12，探测阈值为6倍背景。

图 3：利用UPdec-Webb数据新探测到的一组密近双星，可以看到左图Drizzle叠加后该双星不可分辨（不满足瑞利判据），而右图UPDC叠加后，该双星的双峰分离十分明显。双星系统经过GAIA数据和HST光学的证认，表明他们距离地球1kpc，质量比为1:1，相距60天文单位。