[論文レビュー] PISCO2: the new speckle camera of the Nice 76-cm refractor

R. Gili, Jean‐Louis Prieur+4 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 2014

Adaptive optics and wavefront sensing参考文献 13被引用数 6

ひとこと要約

PISCO2 はコート・ダール・オブザバトワリーの76-cm屈折望遠鏡に搭載されたスパクル干渉計カメラであり、短時間露光とリアルタイム処理により大気乱流を克服することで、視覚連星の高分解能画像を得ることを目的としている。EMCCD検出器とリスレー・プリズムを用いた大気分散補正により、0.16"の回折限界分解能を達成し、最大4等の明るさ差を持つ連星や0.16"の分離角を持つ連星の検出が可能である。

ABSTRACT

We present the new speckle camera PISCO2 made in 2010-2012, for the 76-cm refractor of Côte d'Azur Observatory. It is a focal instrument dedicated to the observation of visual binary stars using high angular resolution speckle interferometry techniques to partly overcome the degradation caused by the atmospheric turbulence. Fitted with an EMCCD detector, PISCO2 allows the acquisition of short exposure images that are processed in real time by our specially designed software. Two Risley prisms are used for correcting the atmospheric dispersion. All optical settings are remotely controlled. We have already been able to observe faint, close binary stars with angular separations as small as 0".16, and visual magnitudes of about 16. We also have measured some particularly difficult systems with a magnitude difference between the two components of about 4 magnitudes. This level of performance is very promising for the detection and study of large sets of yet unknown (or partly measured) binaries with close separation and/or large magnitude difference.

研究の動機と目的

• コート・ダール・オブザバトワリーの76-cm屈折望遠鏡を用いた視覚連星の高角度分解能観測のための専用スパクルカメラの開発。
• 短時間露光によるスパクル干渉計法とリアルタイム画像処理により、大気乱流による分解能の低下を克服すること。
• 0.2"未満の角距離および最大4等の明るさ差を持つ微弱で近接した連星系の観測を可能にすること。
• 遠隔制御と大気分散補正の実装により、観測効率とデータ品質の向上を図ること。
• グレーティング・マスクと星の尾跡を用いた絶対的アストロメトリックなピクセルスケールの校正により、位置角基準を確立すること。

提案手法

• 大気乱流を凍結させる短時間露光（通常は約10 ms）を実現する高感度EMCCD検出器（DV897）を用い、『スパクル』パターンを生成する。
• 複数の短時間露光からの高分解能画像再構成のため、リアルタイムでのスパクル処理技術（画像スタックと自己相関）を適用する。
• 2つのモーター駆動式リスレー・プリズムを用いて大気分散を補正し、波長依存の光路差を相殺するために、逆方向に回転させる。
• ウェブカメラによる時周角および赤緯円の監視を通じて、フィルターホイール、フォーカスシステム、望遠鏡座標のすべての光学部品を遠隔制御する。
• 50-cmのグレーティング・マスク（周期22.43 mm）を用い、570 nmの狭帯域フィルタで観測することでピクセルスケールを校正し、0.0739"/ピクセルのスケールを得た。
• 星の視運動に伴う星の尾跡を記録することで、絶対的位置角基準の原点を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大気乱流の影響を受けるにもかかわらず、76-cm屈折望遠鏡にコンactでコスト効率の高いスパクルカメラが回折限界分解能を達成できるか？
• RQ2 低天頂角において、リスレー・プリズムが高分解能連星観測における大気分散をどの程度効果的に補正できるか？
• RQ3 この装置構成で信頼性高く測定可能な連星の最小角距離および明るさ差はどの程度か？
• RQ4 グレーティング・マスクと星の尾跡法を用いた場合、ピクセルスケールおよび位置角基準の校正精度はどの程度か？
• RQ5 この装置により、従来測定困難であった、あるいは正確に測定されていなかった高精度な近接連星系の検出と測定が可能か？

主な発見

• PISCO2 は570 nmで0.16"の回折限界分解能を達成し、74-cmの開口部の理論限界に一致する。
• 両方の成分の視等級が16程度に近い状態でも、角距離が0.16"未満の連星を正確に測定できた。
• 最大4等の明るさ差を持つ連星系も測定可能であり、特に従来困難であった連星系に対しても有効であった。
• リスレー・プリズムによる大気分散補正装置は、天頂角50°までの範囲で効果的に分散を補正しており、赤緯-7°の星の観測で実証された。
• ピクセルスケールは0.0739"/ピクセルに校正され、等価焦点長の精度が±0.2 m以内であり、ニキシスト・シャノン基準を満たしていることが確認された。
• 本システムにより、平均して年間約2100件の連星測定が可能となり、日常運用における高い観測効率と信頼性を示した。