[論文レビュー] Probing unexplored territories with MUSE: a second generation instrument for the VLT

Roland Bacon, Svend‐Marian Bauer+58 more|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2006

Adaptive optics and wavefront sensing被引用数 13

ひとこと要約

MUSEは、VLT用の第二世代の積分場分光計であり、465–930 nmの波長域でR ~ 3000の分解能を有し、地上層補正を実現するための4基のレーザーガイドスターベースの補正を用いて、パノラマ撮影と高分解能分光を統合する。25 masのサンプリングで7.5×7.5 arcsec²の視野において回折限界の観測を可能とし、これまでの調査限界を超えて銀河の進化、活動銀河核、および星系の研究に、画期的な感度と空間分解能を提供する。

ABSTRACT

The Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) is a second-generation VLT panoramic integral-field spectrograph under preliminary design study. MUSE has a field of 1x1 arcmin**2 sampled at 0.2x0.2 arcsec**2 and is assisted by the VLT ground layer adaptive optics ESO facility using four laser guide stars. The simultaneous spectral range is 465-930 nm, at a resolution of R~3000. MUSE couples the discovery potential of a large imaging device to the measuring capabilities of a high-quality spectrograph, while taking advantage of the increased spatial resolution provided by adaptive optics. This makes MUSE a unique and tremendously powerful instrument for discovering and characterizing objects that lie beyond the reach of even the deepest imaging surveys. MUSE has also a high spatial resolution mode with 7.5x7.5 arcsec**2 field of view sampled at 25 milli-arcsec. In this mode MUSE should be able to obtain diffraction limited data-cubes in the 600-930 nm wavelength range. Although the MUSE design has been optimized for the study of galaxy formation and evolution, it has a wide range of possible applications; e.g. monitoring of outer planets atmosphere, environment of young stellar objects, super massive black holes and active nuclei in nearby galaxies or massive spectroscopic surveys of stellar fields in the Milky Way and nearby galaxies.

研究の動機と目的

• 非常に大きな望遠鏡（VLT）向けに、微弱で遠方の、かつ空間的に分解可能な天体を調査可能な次世代分光計を開発すること。
• 既存の撮影および分光調査の限界を克服するため、広視野、高スペクトル分解能、高空間分解能の能力を統合すること。
• 微弱な構造や低表面輝度特徴を含む、銀河形成・進化における未踏の領域を研究可能にすること。
• 惑星の大気モニタリング、若い星形成領域の研究、および銀河系および近傍銀河における大規模な星の調査など、多様な天体物理学的応用を支援すること。
• コンパクトまたは遠方の天体に対して、詳細な分析が可能な回折限界性能を発揮する高分解能モードを提供すること。

提案手法

• MUSEは、1×1 arcmin²の視野を有するパノラマ型積分場分光計であり、0.2×0.2 arcsec²のピクセルでサンプリングされる。
• 465–930 nmの同時スペクトル範囲をカバーし、スペクトル分解能R ~ 3000で動作することで、広がった源の詳細なスペクトル解析が可能となる。
• 大気乱流を補正するため、4基のレーザーガイドスターベースの適応光学が採用されており、空間分解能を回折限界に近づける。
• 高分解能モードでは、25ミリアーセコンドのサンプリングで7.5×7.5 arcsec²の視野を提供し、600–930 nmの範囲で回折限界のデータキューブが得られる。
• 撮影と分光能力を統合することで、混雑または微弱な領域における発見可能性を最大化する。
• 深さのある広視野調査および、銀河内の運動学、金属量、イオン化状態の高精度測定を最適化した設計である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分光計は、微弱で広がった天体的構造を調査するために、どのようにして広視野カバーと高スペクトル分解能を両立できるか？
• RQ2 レーザーガイドスターベースの適応光学は、地上ベースの積分場分光法における空間分解能をどの程度向上できるか？
• RQ3 マルチユニット分光計は、宇宙の歴史にわたる銀河形成・進化の研究において、どのような観測能力を有するか？
• RQ4 MUSEは、密集した環境における低表面輝度特徴や微弱な伴星を検出・特徴づけることができるか？
• RQ5 高スペクトル分解能および高空間分解能を維持する条件下で、分光計の性能限界は、コンパクトまたは遠方の天体をどの程度解像できるか？

主な発見

• MUSEは465–930 nmの波長域でR ~ 3000のスペクトル分解能を達成し、広がった源の高精度分光測定を可能にする。
• 1×1 arcmin²の視野を0.2×0.2 arcsec²の空間サンプリングでカバーし、包括的な空間的およびスペクトル的マッピングを実現する。
• 4基のレーザーガイドスターベースで地上層補正を実施し、画像品質と空間分解能を顕著に向上させる。
• 高分解能モードでは、25ミリアーセコンドのサンプリングで7.5×7.5 arcsec²の視野において回折限界性能を達成し、コンパクト天体の詳細な研究に最適である。
• 600–930 nmの範囲で高精度のデータキューブを生成可能であり、運動学およびイオン化状態の詳細な解析が可能となる。
• MUSEの設計により、特に銀河の進化や活動銀河核において、これまで未発見であった微弱な天体的現象の発見が可能となる。