[論文レビュー] Reduction of CCD observations with scanning Fabry-Perot interferometer

А. В. Моисеев|arXiv (Cornell University)|Nov 6, 2002

Calibration and Measurement Techniques参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、スキャン型ファブリ・ペロー干渉計を用いたCCD観測のための新規なデータ低減パイプラインを提示する。大気的および機器的要因による径速度測定の歪みに特に焦点を当て、チャンネル依存の光度測定および夜空放射の補正により、径速度の精度を2–4 km·s⁻¹まで向上させた。この手法はNGC 6951（発光線）およびM 71（吸収線）で検証された。

ABSTRACT

The algorithms used for reduction of data obtained in a Fabry-Perot interferometer mode of the new focal reducer of the 6m telescope SCORPIO are described. The main attention is focused on the procedures of photometry correction of channels and night sky emission subtraction, which is especially important for observations with a CCD in comparison with a photon counter. The influence of various sources of errors on measurements of radial velocities in a data cube is investigated. Examples of velocity field construction by using emission lines in the galaxy NGC 6951 and absorption lines in the globular cluster M 71 are presented.

研究の動機と目的

• CCDを用いたスキャン型ファブリ・ペロー観測における径速度測定の系統的誤差を是正すること、特に時間変動する大気的および夜空放射寄与要因による影響に焦点を当てる。
• 光子カウンタとは大きく異なるCCD検出器の特性に適合した低減パイプラインを開発すること、特に時間変動する背景およびチャンネル応答の取り扱いに特化する。
• 位相シフトの変動および機器に起因する非一様性の補正により、3次元データキューブ再構築の精度を向上させること。
• PSFモデリングと相互相関を用いて、球状星団のような密集した領域でも高精度な径速度測定を可能とすること。
• 実宇宙対象（発光線銀河および吸収線星系）を用いて手法を検証し、信頼性および精度を示すこと。

提案手法

• CCD感度のデバイス全体でのばらつきを補正するため、フラットフィールド処理および応答キャリブレーションをチャンネルごとに適用する。
• 長時間露光中の時間変動する夜空放射ラインを正確に補正するため、スカイキャリブレーションフレームを用いて夜空放射を差し引く。
• キャリブレーションランプの露出から得られる位相シフトマップを用い、生データキューブを一貫した波長スケールに変換する。
• 空間的スムージングをデータキューブに適用し、チャンネル間での見かけの視野のばらつきを均一化することで、星像の光度測定における信号対雑音比を向上させる。
• 平均PSFとの相互相関を用いたスターバイスターデータ抽出を実施し、その後、吸収線（例：Hα）のガウスフィッティングにより径速度を測定する。
• 2段階のスペクトル抽出を実装する：位相補正前の1段階目（一貫性の確認用）と、スムージング後の2段階目（光度的安定性の向上のため）。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間変動する大気的および夜空放射寄与要因は、CCDベースのファブリ・ペローデータにおける径速度精度をどのように劣化させるか？
• RQ2 チャンネル依存のCCD応答および位相シフトの変動は、スペクトルキャリブレーションおよび径速度測定精度にどのような影響を及えるか？
• RQ3 夜空背景および光度非一様性を考慮した改良型低減パイプラインは、標準的手法と比較して、径速度精度を顕著に向上させることができるか？
• RQ4 データキューブの空間的スムージングは、密集した領域における星像光度測定および径速度測定の信頼性にどのように影響するか？
• RQ5 新規な低減手法は、発光線および吸収線からの速度場に生じる系統的誤差をどの程度低減するか？

主な発見

• 時間変動する夜空放射およびCCDチャンネル応答の補正により、系統的誤差が低減され、径速度精度が2–4 km·s⁻¹まで向上した。
• CCDデータにおいて、夜空放射の差し引きは不可欠である。これは、適切にモデル化されない場合、速度場に誤った構造を生じさせるからである。
• 位相補正前後における2段階のスペクトル抽出は一貫性を示し、スムージング後の抽出ではわずかに速度分散が低減しており、より高い信頼性を示唆している。
• 球状星団M 71において、V ≈ 17.5 magまで及ぶ700以上の星の径速度が2–4 km·s⁻¹の精度で測定され、文献値との間に系統的オフセットは認められなかった。
• Hα線におけるNGC 6951の速度場は、以前のスリット分光法の結果（Pérez et al., 2000）とよく一致しており、拡張した発光線対象への手法の正確性が裏付けられた。
• 6m望遠鏡のSCORPIO焦点還元装置からの実データへの応用に成功し、多様な観測条件下でも手法の頑健性が示された。