[論文レビュー] MAD about the Large Magellanic Cloud: preparing for the era of Extremely Large Telescopes

G. Fiorentino, Eline Tolstoy+4 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Sep 1, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 36被引用数 12

ひとこと要約

本研究は、VLTのマルチコンjugートアダプティブオプティクスデモンストレータ（MAD）を用いた深さと高解像度の近赤外光度測定の実現可能性を示した。LMCのバー領域において、前例のない深さと精度を達成した。LMCの距離モodulusは μ₀ = 18.50 ± 0.06 (r) ± 0.09 (s) mag で確認され、星族研究に赤外フィルタ（IJHKs）を用いることが妥当であることが裏付けられた。本研究は、極大望遠鏡（ELT）時代の観測に不可欠な基盤を提供する。

ABSTRACT

We present J, H, Ks photometry from the the Multi conjugate Adaptive optics Demonstrator (MAD), a visitor instrument at the VLT, of a resolved stellar population in a small crowded field in the bar of the Large Magellanic Cloud near the globular cluster NGC 1928. In a total exposure time of 6, 36 and 20 minutes, magnitude limits were achieved of J \sim 20.5 mag, H \sim 21 mag, and Ks \sim20.5 mag respectively, with S/N> 10. This does not reach the level of the oldest Main Sequence Turnoffs, however the resulting Colour-Magnitude Diagrams are the deepest and most accurate obtained so far in the infrared for the LMC bar. We combined our photometry with deep optical photometry from the Hubble Space Telescope/Advanced Camera for Surveys, which is a good match in spatial resolution. The comparison between synthetic and observed CMDs shows that the stellar population of the field we observed is consistent with the star formation history expected for the LMC bar, and that all combinations of IJHKs filters can, with some care, produce the same results. We used the Red Clump magnitude in Ks to confirm the LMC distance modulus as, μ0=18.50\pm0.06r \pm0.09s mag. We also addressed a number of technical aspects related to performing accurate photometry with adaptive optics images in crowded stellar fields, which has implications for how we should design and use the Extremely Large Telescopes of the future for studies of this kind.

研究の動機と目的

• MADのようなアダプティブオプティクスシステムを用いて、星が密集した領域における近赤外波長域での深さと精度の高い光度測定の実現可能性を検証すること。
• 光学データと比較して、近赤外フィルタ（IJHKs）のみを用いた星族モデルの整合性を評価すること。
• Ksバンドにおける赤クラスターの等級を用いて、LMCの距離モodulusを決定すること。
• AOデータの低減処理における技術的課題を特定し、将来のELT機器に向けた改善策を提案すること。
• 次世代の極大望遠鏡（ELT）に備えるために、解像度と感度の高い赤外画像による解像された星族の観測手法を検証すること。

提案手法

• VLTに搭載されたMADを用いて、3つの自然ガイド星を用いた星指向波面センシングモードで、J、H、Ksバンドの光度測定を実施した。
• MADの近赤外データと、深さのあるハッブル宇宙望遠鏡/アドバンスド・カメラ・フォー・サーベイズ（HST/ACS）の光学データを統合し、マルチバンドカラーマグニチュード図（CMD）を作成した。
• 星の進化モデルに基づく合成CMDを用いて観測データと比較し、領域の星形成歴を推定した。
• PSF光度測定技術を用いて、大気的および機器的要因によるPSF形状の変動を補正した。
• 赤クラスター等級分析をKsバンドで実施し、E(B−V) = 0.075 mag の赤方偏移を仮定して距離モodulusを導出した。
• 低減処理中のデータ損失（例：Ksバンドで約66％が棄却）を定量的に評価し、将来的なAOデータ処理における高度なPSF再構築技術の必要性を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MADのようなアダプティブオプティクスシステムは、近赤外波長域で星が密集した領域の微弱星族を解像するのに十分な画像品質と光度測定精度を達成できるか？
• RQ2 近赤外光度測定（IJHKs）のみで、LMCバー領域の光学データから得られる星形成歴をどの程度再現できるか？
• RQ3 密集した領域からのAOデータ処理における主な技術的制限要因は何か。今後のELT機器に向け、それらをどのように軽減できるか？
• RQ4 AOデータを用いてKsバンドの赤クラスター等級から導かれるLMCの距離モodulusはどの程度の精度か？
• RQ5 観測されたKsバンドの等級関数は、一部の理論的予測が示すように、二次の赤クラスター特徴を示唆しているか？

主な発見

• MADは、それぞれ6分、36分、20分の合計露出時間で、S/N > 10の条件下でJ ~ 20.5 mag、H ~ 21.0 mag、Ks ~ 20.5 mag の等級限界を達成した。
• 観測されたCMDは、まだ最も古い主系列の分岐点に到達していないものの、LMCバー領域においてこれまでで最も深く、最も正確な赤外CMDである。
• Ksバンドにおける赤クラスター等級から得られた距離モodulusは μ₀ = 18.50 ± 0.06 (r) ± 0.09 (s) mag であり、既知の値と整合的である。
• Ksバンドの等級関数は、最近の理論的予測に一致する二次の赤クラスター特徴を示唆する証拠を示した。
• 劣悪な観測条件（空気透過率 > 1.5、視直径 > 1 arcsec）であったが、MADは自然視直径に比べて画像品質を約2倍改善した。
• Ksバンドの画像の約66％が、PSF品質が悪いため低減処理中に棄却された。これは、将来のAOデータ処理における高度なPSF再構築技術の必要性を浮き彫りにした。