[論文レビュー] Addressing the Photometric Calibration Challenge: Explicit Determination of the Instrumental Response and Atmospheric Response Functions, and Tying it All Together

C. W. Stubbs, J. Tonry|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、NISTキャリブレーション済みフォトダイオードを計測基準として用い、機器応答関数および大気応答関数を明示的に決定することで、天文学における光度校正の新しい手法を提示する。ドーム内での全開口径系応答測定とMODTRAN大気モデル、およびHST分光的標準星を組み合わせることで、3–5%の精度で実際の天体観測と整合する合成光度法が達成された。y_P1バンドを除き、この範囲内である。y_P1バンドでは10%の乖離が残っており、光度校正ループを閉じる上で重要な一歩である。

ABSTRACT

Photometric calibration is currently the dominant source of systematic uncertainty in exploiting type Ia supernovae to determine the nature of the dark energy. We review our ongoing program to address this calibration challenge by performing measurements of both the instrumental response function and the optical transmission function of the atmosphere. A key aspect of this approach is to complement standard star observations by using NIST-calibrated photodiodes as a metrology foundation for optical flux measurements. We present our first attempt to assess photometric consistency between synthetic photometry and observations, by comparing predictions based on a NIST-diode-based determination of the PanSTARRS-1 instrumental response and empirical atmospheric transmission measurements, with fluxes we obtained from observing spectrophotometric standards.

研究の動機と目的

• タイプIa超新星の光度測定における系統的不確実性を低減し、これによりダークエネルギーの制約が制限されている現状を改善すること。
• NISTキャリブレーション済みフォトダイオードを計測基準として用い、トレーサブルでSI標準に基づく校正フレームワークを確立すること。
• 光度測定精度の向上を目的として、機器応答関数および大気透過関数を明示的に決定すること。
• 測定された応答関数と大気モデルに基づく合成光度法と、実際の分光的標準星の天体観測結果を比較することで、光度校正ループを閉じること。
• 特にy_P1フィルタにおいて顕在する校正チェーン内の乖離を特定・定量し、今後の改善に向けた指針を示すこと。

提案手法

• 可変波長レーザーを用いてドーム内でフラットフィールドスクリーンを照射し、NISTキャリブレーション済みフォトダイオードを用いてPanSTARRS-1望遠鏡の相対的系応答関数を測定する。
• フォトダイオードを介して望遠鏡のピルアに到達する放射照度を測定し、機器が検出する信号と照らし合わせることで、全開口径機器応答関数を導出する。
• 現場測定による大気状態（PWVおよびエアロゾル含有量）に基づき、MODTRAN大気モデルに経験的補正を施す。
• 導出された機器応答関数および大気応答関数を式(1)に適用し、分光的標準星のHST Calspec SEDから合成光度法を計算する。
• 全6つのPanSTARRS-1フィルタで得られた標準星観測の実際の天体望遠鏡マグニチュードと、合成光度法の結果を比較する。
• 合成光度法と観測光度法の整合性を図るために、波長依存の「調整関数」をシステム応答に適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NISTキャリブレーション済みフォトダイオードは、広視野光学望遠鏡の全開口径機器応答関数をトレーサブルでSI標準に基づく基準として決定可能か？
• RQ2 測定された機器応答関数および大気応答関数に基づく合成光度法は、分光的標準星の実際の天体光度をどの程度再現できるか？
• RQ3 合成光度法と観測光度法の間の残差の大きさとその波長依存性は何か？その原因は何か？
• RQ4 現場測定に基づく経験的補正を施したMODTRAN大気モデルは、実際の望遠鏡観測の文脈で真の大気透過関数をどの程度再現できるか？
• RQ5 なぜy_P1フィルタでは他のバンド（3–5%）と比較して、より大きな乖離（10%）が生じるのか？

主な発見

• g_P1、r_P1、i_P1、z_P1フィルタにおいて、合成光度法と実測天体観測の間で3–5%の光度整合性が達成された。
• y_P1フィルタでは10%の大きな乖離が認められ、このバンドにおける機器応答関数または大気モデルに問題がある可能性を示唆している。
• 合成光度法と観測光度を一致させるために、約3–4%のrms「調整」が必要であった。これは応答関数モデルに系統的ずれが存在することを示している。
• 本研究は、NISTトレーサブルな機器応答関数と経験的補正を施した大気モデルを用いて、初めて直接的な光度校正ループの閉じを実現した。
• NISTキャリブレーション済みフォトダイオードを高精度光度校正の計測基準として用いる可能性が裏付けられた。
• y_P1バンドの乖離は、光の多重パス効果やフィルタ透過関数のキャリブレーションに未解決の問題がある可能性を示しており、今後の調査が求められる。