[論文レビュー] ESPRESSO at VLT. On-sky performance and first results

F. Pepe, S. Cristiani+98 more|DIGITAL.CSIC (Spanish National Research Council (CSIC))|Oct 1, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 97被引用数 51

ひとこと要約

ESPRESSOはVLTの超高分解能スペクトログラフとその現地での導入性能、および高い径向速度精度を達成した最初の保証時間結果を説明します。

ABSTRACT

Context. ESPRESSO is the new high-resolution spectrograph of ESO’s Very Large Telescope (VLT). It was designed for ultra-high radial-velocity (RV) precision and extreme spectral fidelity with the aim of performing exoplanet research and fundamental astrophysical experiments with unprecedented precision and accuracy. It is able to observe with any of the four Unit Telescopes (UTs) of the VLT at a spectral resolving power of 140 000 or 190 000 over the 378.2 to 788.7 nm wavelength range; it can also observe with all four UTs together, turning the VLT into a 16 m diameter equivalent telescope in terms of collecting area while still providing a resolving power of 70 000. Aims. We provide a general description of the ESPRESSO instrument, report on its on-sky performance, and present our Guaranteed Time Observation (GTO) program along with its first results. Methods. ESPRESSO was installed on the Paranal Observatory in fall 2017. Commissioning (on-sky testing) was conducted between December 2017 and September 2018. The instrument saw its official start of operations on October 1, 2018, but improvements to the instrument and recommissioning runs were conducted until July 2019. Results. The measured overall optical throughput of ESPRESSO at 550 nm and a seeing of 0.65″ exceeds the 10% mark under nominal astroclimatic conditions. We demonstrate an RV precision of better than 25 cm s−1 during a single night and 50 cm s−1 over several months. These values being limited by photon noise and stellar jitter shows that the performance is compatible with an instrumental precision of 10 cm s−1. No difference has been measured across the UTs, neither in throughput nor RV precision. Conclusions. The combination of the large collecting telescope area with the efficiency and the exquisite spectral fidelity of ESPRESSO opens a new parameter space in RV measurements, the study of planetary atmospheres, fundamental constants, stellar characterization, and many other fields.

研究の動機と目的

• ESPRESSO の機器とサブシステム、およびそれらのVLTへの統合を説明する。
• 運用開始までの現地での性能と導入作業の進捗を報告する。
• 保証時間観測（GTO）プログラムと初期結果を提示する。
• 光学透過率、径向速度精度、および機器の安定性を評価する。
• 系外惑星科学、基本定数、および恒星の特徴付けに対する示唆について議論する。

提案手法

• 2017年から2019年にかけてのESPRESSOの導入と現地試験を実施し、性能を検証する。
• 1-UTおよび4-UT構成へ供給する、ファイバー給送・クロス分散・高分解能エchelle分光機設計。
• 波長較正のためのもう一本のファイバーによる同時ドリフト測定（同時参照モード）。
• ThArランプとファブリ-ペットによる波長較正；レーザー周波数 comb（LFC）は利用可能だがまだ統合されていない。
• 名目天文気候条件下での透過率、RV精度、および安定性の解析；光子雑音と星噪音を制限要因として考慮。
• 1-UTと4-UTの性能の比較と、HR42モードを実装して等級範囲を拡張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 名目条件下でのESPRESSOの現地での性能と透過率はどの程度か。
• RQ2 ESPRESSOは径向速度精度を機械的限界の約10 cm s−1で達成できるか、そして残る限界（光子雑音、星の揺らぎ）は何か。
• RQ3 1-UTと4-UTの構成は透過率とRV精度の点でどう比較されるか。
• RQ4 ESPRESSOのGTOプログラムから得られる最初の科学結果は何か。

主な発見

• 名目条件下で0.65″の視野で550 nmの総合光学透過率が10%以上を超えた。
• 1夜で25 cm s−1未満、数か月にわたって50 cm s−1を達成。
• 光子雑音と星の揺らぎによって性能が制限されており、機械精度10 cm s−1と整合する。
• 透過率またはRV精度においてユニット望遠鏡間で差は測定されなかった。
• HR42モードが導入され、読出ノイズ制限の等級範囲をより暗い星まで押し広げた。