大數據天文學 — 時間序列分析 .2cmMichael Ting-Chang Yang 楊庭彰

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大數據天文學 時間序列分析 Michael Ting-Chang Yang 楊庭彰 1 / 70

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(cont.) 7 / 70

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SS Cyg 15 / 70

Kepler transit 16 / 70

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Chan-Kao Chang et al. (2014) 18 / 70

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Light Curve: Single period 27 / 70

Fourier Power Spectrum 28 / 70

Light Curve: Two periods 29 / 70

Fourier Power Spectrum 30 / 70

Light Curve: Two periods with small trend 31 / 70

Fourier Power Spectrum 32 / 70

Light Curve: Two periods with big trend 33 / 70

Fourier Power Spectrum 34 / 70

Light Curve: step function 35 / 70

Fourier Power Spectrum 36 / 70

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Fourier Decomposition Technique Use fitting with different components of Fourier series to decompose the Fourier components Ngeow et al. (2013) 38 / 70

Gibbs Effect in Fourier Transformation 39 / 70

(observation gap) (uncertain trend of the raw data) 40 / 70

/ Fitting / 41 / 70

Lomb s Paper 42 / 70

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Lomb-Scargle Periodogram Define a time delay τ tan 2ωτ = j sin 2ωt j j cos 2ωt j The basic function will be orthogonal The power at frequency ω will be: P x (ω) = 1 2 [ j X j cos ω(t j τ)] 2 j cos 2 ω(t j τ) Then, generate a periodogram for investigation + [ j X j sin ω(t j τ)] 2 j sin 2 ω(t j τ) 44 / 70

The advantages / disadvantages of LS periodogram Advantages: Orthogonal set in each testing frequencies: avoid power leakage Good for the unevenly spaced data Disadvantages: Unweightted fitting Trend Originally designed for mono-frequency: power leakage if multiple frequencies are close enough 45 / 70

Fourier Analysis 46 / 70

Phase Based Methods Epoch folding: χ 2 maximazing Phase Dispersion Minimization (PDM) Analysis of Variance (AoV/ANOVA) 47 / 70

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Epoch Folding Search (cont.) 49 / 70

Phase Dispersion Minimization 50 / 70

Light Curve: two sinsoidal function 51 / 70

Periodogram 52 / 70

Analysis of Variance (AoV, ANOVA) Analysis of variance (ANOVA) is a collection of statistical models used to analyze the differences among group means and their associated procedures, developed by statistician and evolutionary biologist Ronald Fisher. 53 / 70

Light Curve: two sinsoidal function 54 / 70

Periodogram 55 / 70

Periodogram / Spectrogram Periodogram: Time frequency Spectrogram: Time frequency power 56 / 70

: Dynamical Power Spectrum - : HHT : Wavelet 57 / 70

Dynamical Power Spectrum dynamical power spectrum 58 / 70

Hilbert-Huang Transformation 59 / 70

Comparison of Spectrograms 60 / 70

Data Quality Error of the measurement Time span sampling frequency Observation gap Alias Better data: Data with smaller errors Continuous data: less gaps Longer time span of the data 61 / 70

一個物理系統不同時間尺度 緻密雙星系統 62 / 70

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Phase Diagram of Astronomical Objects 64 / 70

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