研究背景
中国空间站巡天空间望远镜（Chinese Space-station Survey Telescope，CSST）即将开展大视场、高分辨率的多波段成像巡天，为星系科学研究提供海量高质量观测数据。作为CSST的主要巡天仪器，多波段成像与无缝光谱巡天相机将在NUV至y波段范围内开展多波段成像观测，覆盖NUV、u、g、r、i、z和y七个成像波段（巡天相机配置近日已更新，原y波段被移除，并新增 WV 和 WI 两个波段；本文仍基于更新前的配置，方法可直接拓展到新波段），并设置宽场、深场和极深场三种巡天深度，其对应曝光时间分别为300秒、2000秒和15000秒。由于不同巡天深度和成像质量将直接影响星系的探测与结构测量，在巡天正式开展之前，有必要对CSST的星系探测能力及形态测量可靠性进行定量评估，从而为科学目标设计和后续数据分析提供基础参照。
星系探测完备性是开展大样本统计研究的前提。探测不完备会引入样本选择偏差，进而影响对星系性质及其演化规律的推断。与此同时，Sérsic拟合是测量星系光度和结构参数的常用方法，但其结果可能对观测深度、信噪比和空间分辨率敏感，尤其在低信噪比条件下容易产生系统性偏差。为此，本文构建面向CSST不同巡天深度的模拟星系图像，系统评估星系探测完备性以及Sérsic拟合所得结构参数的测量偏差，为未来CSST星系科学研究中的样本选择、参数校正和误差评估提供依据。
图1:不同波段下恒星质量M_*> 10^9 M⊙的星系探测完备性（f_detect）随视星等（m）的变化关系。宽场、深场和极深场巡天结果分别以蓝色方块、黑色菱形和红色点表示。黑色水平虚线表示95%的探测完备性水平。各子图对应不同观测波段。
对CSST仿真图像的轮廓拟合
在本研究中，我们基于与哈勃望远镜真实观测的星系参数，构建了覆盖红移范围z ≤ 7、恒星质量M* > 109 M⊙的22406个模拟星系样本，并在CSST七个波段及宽场、深场和极深场三种巡天深度下生成了470526张模拟图像。随后，我们对这些图像进行了源探测和Sérsic轮廓拟合分析。
结果表明，在g波段，点源达到95%探测完备性时，宽场、深场和极深场的极限星等分别为26.3、27.4和28.5 mag；对于扩展星系（图1），由于其空间延展性导致表面亮度被稀释，对应值分别为24.4、25.9和27.1 mag。在红移方面，极深场在z ≲ 3-4仍能保持较高探测完备性，而深场和宽场的对应极限分别约为z ≈ 1和z ≈ 0.5。
基于GALFIT、AstroPhot和SourceXtractor++三种拟合工具，我们对星系星等（m）、有效半径（Re）、平均表面亮度（μe）、Sérsic指数（n）以及轴比（q）的测量偏差及不确定性进行了定量分析。图2以Re为例展示了测量结果与输入值的偏差关系。结果表明，对于较暗星系，随着信噪比的降低，m、Re和μe倾向于被系统性高估，而n和q倾向于被低估；同时，这些偏差及其离散度在更深的巡天中明显减小，表明更深观测能够有效提升测量结果的可靠性。在不同拟合方法的比较中，三种工具在亮星系范围内总体表现一致，而在暗弱源情况下，GALFIT 和 AstroPhot 在Re和n等参数的测量上表现出更小的偏差和不确定性，相比之下 SourceXtractor++的测量偏差和离散度更为显著。
本研究为CSST早期科学研究及未来巡天项目中的样本选择，以及光度和形态测量结果的可靠性评估提供了定量参考。
图2：有效半径（Re）测量偏差及不确定性的评估。每个子图表示拟合得到的有效半径Re,fit相对于输入真实值Re的相对偏差(Re,fit - Re)/Re随视星等m的变化关系。不同列对应宽场、深场和极深场三种巡天，不同行对应从NUV到波段。灰色背景点表示GALFIT得到的测量结果；不同符号表示三种拟合软件（GALFIT、AstroPhot和SourceXtractor++）得到的中位偏差，误差棒表示在星等分箱内分布的第16和第84百分位范围。水平实线表示零偏差参考线。
研究论文
该论文以“CSST Preparations: Galaxy Completeness and Sérsic Profile Fitting across the Wide, Deep, and Extreme Fields”为题，已经被 SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy接收。论文第一作者为厦门大学天文学系的博士研究生马子琪，通讯作者为厦门大学天文学系的余思悦副教授和方陶陶教授，其他合作者包括北京大学天文学系的上官晋沂助理教授、何子山教授以及上海交通大学天文系的李兆聿教授。
该研究得到了中国国家SKA专项、国家自然科学基金、中国空间站工程科学研究基金、国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费以及上海市自然科学基金的支持。
预印本链接：https://arxiv.org/abs/2604.24431
