[論文レビュー] Ground-Based CCD Astrometry with Wide Field Imagers. I. [Observations just a few years apart allow decontamination of field objects from members in two Globular clusters.]

Jay Anderson, L. R. Bedin+4 more|ArXiv.org|Apr 26, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 21被引用数 89

ひとこと要約

この論文は、ESO 2.2m望遠鏡からの広視野画像を用いて、幾何的歪みおよび大気的効果を補正するためのハッブル宇宙望遠鏡ソフトウェアを応用することで、高精度な地上基準のCCD天測を実現する手法を提示する。2.8〜3.1年の基準期間を用いることで、座標あたり約7 masの天測精度を達成し、M4およびNGC 6397における集団成員星と場の星の分離が可能になる。

ABSTRACT

This paper is the first of a series of papers in which we will apply the methods we have developed for high-precision astrometry (and photometry) with the Hubble Space Telescope to the case of wide-field ground-based images. In particular, we adapt the software originally developed for WFPC2 to ground-based, wide field images from the WFI at the ESO 2.2m telescope. In this paper, we describe in details the new software, we characterize the WFI geometric distortion, discuss the adopted local transformation approach for proper-motion measurements, and apply the new technique to two-epoch archive data of the two closest Galactic globular clusters: NGC 6121 (M4) and NGC 6397. The results of this exercise are more than encouraging. We find that we can achieve a precision of ~7 mas (in each coordinate) in a single exposure for a well-exposed star, which allows a very good cluster-field separation in both M4, and NGC 6397, with a temporal baseline of only 2.8, and 3.1 years, respectively.

研究の動機と目的

• ハッブル宇宙望遠鏡向けに開発された高精度天測技術を地上の広視野画像に応用すること。
• 地上天測において位置精度を低下させる幾何的歪みおよび大気的効果の課題に対処すること。
• アーカイブ済みで最適化されていないデータを用いて、球状星団内の星の集団の信頼性の高い自己運動測定を可能にすること。
• 地上の広視野データが、集団成員星と場の汚染星を区別できる十分な天測精度に達していることを実証すること。
• 将来的な大規模かつ高精度な地上施設を用いた星団および潮汐尾の天測調査の基盤を築くこと。

提案手法

• ハッブルWFPC2/ACSデータ専用に設計されたAK2000ソフトウェアスイートを、ESO 2.2m望遠鏡のWFI機器からの広視野画像処理に適応した。
• 歪み解消が時間経過とともに不安定であることが判明したため、観測エポックごとに局所変換アプローチを採用して、時間変動する幾何的歪みを補正した。
• 星の色と空気透過率に基づく色依存の位置シフトを用いて、色分散屈折（DCR）効果をモデル化・補正した。
• NGC 6121（M4）およびNGC 6397の2エポックのアーカイブデータを用い、それぞれ2.8年および3.1年の時間的基準期間を設けて、多重エポック解析を実施した。
• ピクセル未満の精度で位置を測定するため、PSFに基づく天測解法を採用し、画像サンプリングおよびPSF形状の変動に起因するバイアスを最小限に抑えた。
• バーデの窓領域の星の集合を用いて歪み解像度をキャリブレーションし、空気透過率および機器幾何学的条件に応じて各露出毎に補正を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハッブル宇宙望遠鏡で達成可能な高精度天測が、地上の広視野画像システムへも移行可能か？
• RQ2 ESO 2.2m望遠鏡のWFI機器の幾何的歪み解像度は時間経過とともに安定しているか？ また、その補正戦略は何か？
• RQ3 色分散屈折（DCR）がどれほど天測精度を低下させるか？ また、色と空気透過率の情報を使って補正可能か？
• RQ4 3年間の基準期間を用いた地上データからの自己運動測定は、球状星団における集団成員星と場の星を効果的に分離できるか？
• RQ5 標準的な地上広視野画像で達成可能な天測精度はどの程度か？ また、ハッブルベースの測定と比較するとどうなるか？

主な発見

• 平均的な視界（約1" FWHM）および適切に露出された星に対して、単一露出で座標あたり約7 masの天測精度を達成した。
• M4では2.8年、NGC 6397では3.1年の基準期間を用い、自己運動フィルタリングにより集団成員星と場の星の分離に成功した。
• ESO 2.2m望遠鏡のWFI機器の幾何的歪み解像度は時間的に変動することが判明し、観測エポックごとの局所変換アプローチが不可欠であった。
• 色分散屈折（DCR）は測定可能な位置シフトを引き起こし、これは色に依存するが、色と空気透過率の線形フィットにより補正可能である。
• DCR補正によりベクトルポイント図の系統的オフセットが著しく低減され、自己運動測定の精度が向上した。
• 結果として、地上の広視野画像がハッブルベースの測定と比較して約3〜6倍の精度に達しており、より長い基準期間を用いた星団の動力学的解析に実用的であることが示された。