[論文レビュー] FIRST, a fibered aperture masking instrument

Elsa Huby, Gaspard Duchêne+8 more|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2013

Calibration and Measurement Techniques参考文献 31被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、可視波長域で回折限界スペクトロスコピーを達成するファイバードプupilリマップ干渉計FIRST-18を提案する。これにより、R ~ 300でカペラ連星系のスペクトルフラックス比を直接測定可能となり、3回の観測エポックすべてで両成分を解像し、1 masのアストロメトリック精度を達成。また、分子線（特にCNバンド）の深さが現在のモデルで予測されるよりも顕著であることが判明し、星の大気モデルにおける不完全な線リストまたは過小評価された遷移強度が原因である可能性を示唆している。

ABSTRACT

Aims. FIRST is a prototype instrument built to demonstrate the capabilities of the pupil remapping technique, using single-mode fibers and working at visible wavelengths. Our immediate objective is to demonstrate the high angular resolution capability of the instrument and to show that the spectral resolution of the instrument enables characterization of stellar companions. Methods. The FIRST-18 instrument is an improved version of FIRST-9 that simultaneously recombines two sets of nine fibers instead of one, thus greatly enhancing the (u, v) plane coverage. We report on observations of the binary system Capella at three epochs over a period of 14 months (≳4 orbital periods) with FIRST-18 mounted on the 3 m Shane telescope at Lick Observatory. The binary separation during our observations ranges from 0.8 to 1.2 times the diffraction limit of the telescope at the central wavelength of the spectral band. Results. We successfully resolved the Capella binary system at all epochs, with an astrometric precision as good as 1 mas under the best observing conditions. FIRST also gives access to the spectral flux ratio between the two components directly measured with an unprecedented spectral resolution of R ~ 300 over the 600−850 nm range. In particular, our data allow detection of the well-known overall slope of the flux ratio spectrum, leading to an estimation of the “pivot” wavelength of 0.64 ± 0.01 μm, at which the cooler component becomes the brightest. Spectral features arising from the difference in effective temperature of the two components (specifically the Hα line, TiO, and CN bands) have been used to constrain the stellar parameters. The effective temperatures we derive for both components are slightly lower (5−7%) than the well-established properties for this system. This difference mainly comes from deeper molecular features than those predicted by state-of-the-art stellar atmospheric models, suggesting that molecular line lists used in the photospheric models are incomplete and/or oscillator strengths are underestimated, most likely concerning the CN molecule. Conclusions. These results demonstrate the power of FIRST, which is a fibered pupil remapping-based instrument, in terms of high angular resolution and show that the direct measurement of the spectral flux ratio provides valuable information to characterize little known companions.

研究の動機と目的

• ファイバードプupilリマップ方式を用いた機器（FIRSTを含む）が、可視波長域で高い角分解能とスペクトルフラックス比測定能力を有することを示すこと。
• この機器が、回折限界に近い距離の連星系を解像し、特徴を特徴づける能力をテストすること。
• よく特徴づけられたカペラ連星系の文脈において、観測されたスペクトルフラックス比とPHOENIXモデルからの合成スペクトルとの乖離を調査すること。
• 高スペクトル分解能での観測フラックス比スペクトルと合成モデルの比較を通じて、星の大気モデルの信頼性を評価すること。

提案手法

• FIRST-18は、3-m Shane望遠鏡の非冗長なサブプupilから光を集める18本の単モードファイバを用い、高精度な可視度およびクロージャー位相測定を可能にする。
• この機器は、専用の光度測定チャネルを必要としない自己校正モードで動作し、複素可視度を回復する。
• 600–850 nmの波長域でR ~ 300のスペクトル分解能でフラックス比測定が行われ、PHOENIXモデルからの合成スペクトルと直接比較可能となる。
• 自己校正アルゴリズムにより、ファイバーコリエーション効率の変動が生じるフラックス変動を低減し、ダイナミックレンジと測定精度を向上させる。
• データはクロージャー位相とフラックス比スペクトルを用いて解析され、カペラ連星のアストロメトリックおよびスペクトロスコピックパラメータが導出された。
• 星のパラメータは、観測されたフラックス比スペクトルをPHOENIXモデルグリッドからの合成スペクトルにフィットさせ、T_eff、log g、金属量を調整することで導出された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ファイバードプupilリマップ方式を用いた機器が、可視波長域でR ~ 300の回折限界スペクトルフラックス比測定を、近接連星系に対して達成可能か？
• RQ2 カペラにおける観測されたスペクトルフラックス比特徴（例：Hα、TiO、CNバンド）は、現在のPHOENIX星の大气モデルの予測とどの程度一致するか？
• RQ3 FIRSTデータから導出された有効温度が、カペラのよく確立された値（4920 Kおよび5680 K）と5–7%異なるのはなぜか？
• RQ4 観測されたフラックス比スペクトルがモデル予測から外れる原因は何か、特に分子バンド領域で顕著であるが？
• RQ5 その乖離は、特にCN分子に関して不完全な分子線リストまたは過小評価された遷移強度に起因するのか？

主な発見

• FIRST-18は、最適条件下で1 masのアストロメトリック精度を達成し、3回の観測エポックすべてでカペラ連星系を解像した。
• 600–850 nmの波長域でR ~ 300の分解能で両成分間のスペクトルフラックス比を測定し、直接的なスペクトロスコピック特徴づけが可能となった。
• フラックス比スペクトルは、0.64 ± 0.01 µmのピボット波長で、やや低温の成分が明るくなることが判明し、既知の系の性質と整合的であった。
• フラックス比スペクトルから導出された有効温度は、4920 Kおよび5680 Kというよく確立された値と比較して5–7%低く、モデルとデータの乖離を示唆した。
• 特にCNおよびTiOバンドが、PHOENIXモデルの予測よりも深く観測された。これは、線リストが不完全または遷移強度が過小評価されている可能性を示唆し、CNが最も可能性の高い要因である。
• 観測とモデルの不一致は、機器的要因ではなく、異なるスペクトル特徴およびクロージャー位相シフトに依存しないことから、天体物理学的要因によるものである。