Calibração de uma não linearidade de conversão analógico-digital em JWST/NIRISS

Quantificamos uma sistemática incomum dependente do fluxo, periódica em contagens brutas, observada em dados de voo do Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) do Telescópio Espacial James Webb (JWST). Este instrumento é amplamente utilizado para imagens e espectroscopia de exoplanetas. A sistemática foi inicialmente descoberta no modo de interferometria de mascaramento de abertura (AMI) e, posteriormente, manifestou-se também no modo de espectroscopia sem fenda de objeto único (SOSS), apresentando o mesmo período dominante de 1024 unidades brutas de conversão analógico-digital (ADU).

A causa provável desse sinal é uma não linearidade integral (INL) do conversor analógico-digital (ADC) do NIRISS. Se confirmada, essa não linearidade implicará sua aplicação a todas as observações realizadas com o instrumento. Felizmente, a correção desses dados pode ser implementada de forma relativamente simples no pós-processamento, minimizando o impacto nas análises científicas subsequentes.

A INL periódica demonstrou ser dependente do fluxo, com sua amplitude aumentando proporcionalmente a maiores contagens de pixels no detector. Essa dependência é crucial para a compreensão e calibração precisa do efeito, pois indica que a magnitude da distorção varia conforme a intensidade do sinal capturado. A caracterização detalhada dessa relação é fundamental para desenvolver um modelo de correção eficaz que possa ser aplicado em diversas condições de observação.

Para mitigar essa sistemática, derivamos um modelo da INL periódica. Este modelo foi ajustado a partir de uma combinação de um polinômio e uma senóide, multiplicados pelos resíduos dos ajustes de rampa aplicados aos dados não calibrados. Através desse processo, determinamos uma amplitude de 125 partes por milhão (ppm), com um deslocamento de 2, 5 contagens para um pixel que registra 20.000 ADU. Essa quantificação precisa permite uma correção robusta e específica para a não linearidade observada.

A eficácia do modelo proposto foi testada aplicando-o ao conjunto de dados ERS1366, proveniente do programa NIRISS SOSS, que se concentra no exoplaneta WASP-39b e é amplamente estudado pela comunidade científica. Após a aplicação do modelo de correção, os dados foram processados para a obtenção de um espectro de transmissão. Os resultados demonstraram que a correção da INL periódica é viável e contribui significativamente para a melhoria da qualidade dos dados espectroscópicos.

Com base em nossos achados, recomenda-se enfaticamente a implementação de uma calibração da INL periódica em maior escala, utilizando um conjunto de dados mais abrangente. Além disso, sugerimos a incorporação dos resultados e do modelo de correção desenvolvido nos pipelines de processamento de dados do NIRISS. Tais medidas garantirão que futuras observações se beneficiem de dados mais precisos e confiáveis, otimizando o potencial científico do Telescópio Espacial James Webb.