利用多锥化改进功率谱估计：面向恒星、银河系及更广范畴星震学分析的高效方法
摘要
星震学时序数据带有恒星振荡模式的印记，通过时序分析对其探测与刻画，使我们能够探察恒星内部物理。此类分析通常在傅里叶域中进行，通过计算如下不均匀采样时序数据底层功率谱的估计量——Lomb-Scargle (LS) 周期图来实现。然而，LS 周期图存在如下统计问题：(1) 不一致性（或噪声）与 (2) 因高谱泄漏导致的偏差。在此，我们开发了一种基于非均匀快速傅里叶变换 (mtNUFFT) 的多锥功率谱估计量，以解决 LS 周期图的不一致性与偏差问题。利用一条模拟光变曲线，我们表明 mtNUFFT 对类太阳振荡的功率谱估计比 LS 估计具有更低的方差与偏差。我们还将该方法应用于 Kepler-91 红巨星，并结合 PBjam 峰值提取获得模式参数及推导年龄估计 Gyr。PBjam 相较 Gyr 的 APOKASC-2（未校正）估计提升了年龄精度，而将 mtNUFFT 与 PBjam 结合可使峰值提取速度较 LS 提升三倍。这一效率提升除恒星结构与演化研究外，对银河系考古学也具有可喜的意义。我们的新方法普遍适用于时域天文学，并已实现于公开 Python 包 tapify，地址为 https://github.com/aaryapatil/tapify。
引用
@article{arxiv.2209.15027,
title = {Improving Power Spectrum Estimation using Multitapering: Efficient asteroseismic analyses for understanding stars, the Milky Way, and beyond},
author = {Aarya A. Patil and Gwendolyn M. Eadie and Joshua S. Speagle and David J. Thomson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.15027},
year = {2024}
}
备注
27 pages (3 pages in the Appendix), 12 figures, 3 tables, Revision submitted to AJ. This paper focuses solely on multitaper power spectrum estimation, whereas a companion paper showcases harmonic analysis using the multitaper F-test (v1 of this paper has been split). Both these papers have applications in asteroseismology