MARS MAGIC 분석 및 재구성 소프트웨어

초록

MAGIC-II 텔레스크롭과 함께 사용하도록 MARS가 스테레오 재구성 기능을 추가하였다. ROOT 기반 C++ 코드로, 원시 데이터에서 샤워 파라미터 추출, 배경 억제, 감마선 스펙트럼 추정까지 전 과정을 자동화한다.

상세 분석

MARS는 MAGIC 협업이 10년 이상 사용해 온 전용 분석 프레임워크로, 이번 업그레이드에서는 두 번째 텔레스크롭(MAGIC‑II)의 데이터와 결합해 스테레오 관측을 지원한다. 핵심은 각 텔레스크롭에서 기록된 이미지(픽셀 전압 파형)를 먼저 전처리하여 신호와 노이즈를 구분하고, 이미지 파라미터(길이, 폭, 중심 등)를 Hillas 파라미터 형태로 변환한다. 스테레오 재구성 단계에서는 두 텔레스크롭이 관측한 이미지의 기하학적 교차점을 이용해 샤워의 발생 위치와 방향을 삼각측량한다. 이 과정에서 MARS는 다중 힐라스 파라미터와 타임스탬프 정보를 결합해 고정밀 방향 재구성을 구현한다.

배경 억제는 전통적인 Random Forest 기반 분류기와 최신 Gradient Boosting Machine을 병행 적용한다. 훈련 데이터는 실측된 크레시안 이벤트와 시뮬레이션된 감마 이벤트를 혼합해 구성하며, 각 이벤트에 대해 이미지 형태, 타임 그라디언트, 스테레오 파라미터 등을 피처로 사용한다. 분류기의 출력은 ‘hadronness’ 점수로 변환돼, 사전 정의된 절단값을 통해 감마와 하드론을 구분한다.

스펙트럼 추정 단계에서는 감마-광자 효율(Effective Area)와 에너지 재구성 행렬을 MC 시뮬레이션으로 사전 계산한다. 관측된 이벤트의 에너지 추정값은 다중 회귀 모델을 통해 보정되며, 최종 스펙트럼은 Forward‑folding 기법으로 적합한다. 또한, MARS는 관측 시간에 따른 기상 조건 변화를 자동으로 보정하는 모듈을 포함해, 실제 운용 시 데이터 품질을 일관되게 유지한다.

전체 파이프라인은 ROOT 기반의 모듈형 구조로 설계돼, 사용자 정의 플러그인 삽입이 용이하며, 병렬 처리와 메모리 최적화를 통해 대용량 데이터셋도 효율적으로 처리한다. 이러한 설계는 향후 추가 텔레스크롭이나 새로운 분석 알고리즘 도입 시 최소한의 코드 수정으로 확장이 가능하도록 만든다.