¿Qué causa estos artefactos en forma de cruz en las primeras imágenes de TESS?

La luz difusa que mencionas son efectos de difracción y los deflectores de luz utilizados son rectangulares, lo que te daría el patrón de cuatro lados. Hay un documento que repasa el diseño óptico en el que también se abordan los efectos anticipados de la luz parásita (incluidos los reflejos traseros, conocidos como reflejos "fantasmas"). No sé nada sobre este CCD en particular, pero las líneas verticales brillantes parecen ser lo que se conoce como "florecimiento" en los CCD, donde hay tanta carga debido a una región brillante que se arrastra a través del sensor a medida que se lee la carga (por lo que vale, los sensores CMOS no tienen este problema en particular, o al menos no se manifiesta así).

Los artefactos descritos en la pregunta se deben a reflejos internos dentro del silicio de los chips CCD. Para el paso de banda de longitud de onda larga de TESS (rojo e IR cercano; 600 a 1000 nm), el silicio solo absorbe débilmente y la luz rebota dentro del sustrato de silicio adelgazado (~ 100 um). Los patrones de las puertas de polisilicio y la parada X asociada provocan difracción en X e Y, y dado que la luz que incide en el sensor no siempre tiene una incidencia normal, las extensiones difractadas pueden curvarse.

izquierda: Efecto de alcance en CCD TESS de agotamiento profundo "Figura 6. Sección transversal de la matriz CCD perpendicular a la dirección de transferencia de carga, a lo largo de la puerta entre dos paradas de canal. derecha: Diseño óptico de la cámara para el satélite de estudio de exoplanetas en tránsito ( TESS)

Otras lecturas:

• Pruebas y caracterización de los TESS CCD
• Desarrollo científico de CCD retroiluminado para el satélite de estudio de exoplanetas en tránsito
• Diseño óptico de la cámara para el satélite de sondeo de exoplanetas en tránsito (TESS)
• La cámara TESS: modelado y medidas con dispositivos de agotamiento profundo paywalled
• Pruebas y caracterización de los TESS CCDs paywalled

Del manual de instrumentos TESS, versión 0.1 (borrador del 6 de diciembre de 2018) :

6.7 Saturación de imagen

Una mirada superficial a la imagen de una estrella muy saturada (Figura 6.7) revela varias características:

• El sangrado de carga estándar a lo largo de la columna debido a la saturación
• Extensiones de imagen difusa en la dirección de la columna
• Extensiones de imagen difusa en la dirección de la fila

Estos efectos, y otros, se describen a continuación.

Figura 6.7: Esta imagen de una estrella saturada en un FFI muestra tres características principales: el florecimiento de la carga debido a la saturación, la característica horizontal extendida que se debe al reflejo de la luz roja dentro de la masa de silicio CCD y una estructura vertical más pequeña, también debido a la reflexión de la luz dentro de la masa de silicio.

6.7.1 Floración

Para las estrellas brillantes, la cantidad de carga generada por los fotones puede exceder la capacidad total del pozo de un píxel, y los electrones comienzan a derramarse en píxeles adyacentes a lo largo de la misma columna (la barrera de carga en el CCD es mucho más baja a lo largo de las columnas), este fenómeno se llama "floración". La carga derramada forma una delgada línea vertical brillante en la imagen...

6.7.2 “Bigote”

Las extensiones de imagen vertical y horizontal difusas que se ven en algunas imágenes saturadas se deben a los reflejos de la luz de longitud de onda larga dentro del silicio a granel de los CCD. Dado que la superficie de silicio de ese lado no es plana, los reflejos irán hacia los lados, a lo largo de las filas.

Las regiones de parada de canal que sirven para separar los píxeles en la dirección horizontal (fila) forman estructuras verticales que se extienden a lo largo de la superficie: allí, la interfaz Silicio - SiO2 se curva para formar las regiones de parada de canal. Cuando se ilumina con luz que viaja perpendicularmente a la superficie del CCD, las paredes laterales de las regiones de parada del canal reflejan parcialmente la luz a lo largo de las filas. Si la estrella está cerca del centro del campo de visión de la cámara, los rayos horizontales reflejados están muy bien alineados en filas. Si la ubicación de la estrella en el detector está lejos del centro de la cámara, la luz incidente no es normal a la superficie de silicio. En este caso, los reflejos de las paradas del canal se inclinan con respecto a las filas del CCD, extendiéndose a las filas adyacentes y creando una forma similar a un bigote.

Además de eso, los lóbulos laterales del bigote se vuelven correspondientemente asimétricos cuando la estrella se desplaza hacia la izquierda o hacia la derecha desde el centro, lo que puede explicarse por la diferencia en los ángulos de reflexión. Como resultado, el lóbulo del bigote es más largo en la dirección que se aleja del eje y que pasa por el eje óptico de la cámara.

Un fenómeno similar explica los lóbulos verticales, que están ligeramente desalineados con la columna florecida estrictamente vertical, formando un bigote similar en dirección vertical, además de la columna florecida verticalmente limpia. En este caso, el componente rojo de la luz entrante, que penetra profundamente, se refleja desde los bordes de las estructuras que se ejecutan horizontalmente formadas por puertas de polisilicio CCD. Al igual que con los lóbulos horizontales, la desviación de la verticalidad total se debe al hecho de que la luz de la estrella cerca de la periferia del campo de visión incide en la superficie del CCD desde una dirección que no es ortogonal a la superficie.

En Prigozhin (2019) se presentará una explicación más completa de la física de las imágenes saturadas.