[論文レビュー] The Dark Energy Camera (DECam)

Klaus Honscheid, D. L. DePoy|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2008

CCD and CMOS Imaging Sensors参考文献 1被引用数 22

ひとこと要約

本論文は、CTIOのブラウン4m望遠鏡に搭載された3平方度のモザイクCCDカメラであるダークエネルギー望遠鏡（DECam）の設計および技術的仕様を提示する。DECamは5つのフィルタ（g, r, i, z, Y）を備え、ダークエネルギー調査のための深宇宙画像撮影を可能にする。62枚のフルフレーム2K×4KフルデプリートCCDと5要素の光学コリゲーターを用い、2010年に納品予定で、宇宙の加速膨張とダークエネルギーの研究を目的としている。

ABSTRACT

In this paper we describe the Dark Energy Camera (DECam), which will be the primary instrument used in the Dark Energy Survey. DECam will be a 3 sq. deg. mosaic camera mounted at the prime focus of the Blanco 4m telescope at the Cerro-Tololo International Observatory (CTIO). It consists of a large mosaic CCD focal plane, a five element optical corrector, five filters (g,r,i,z,Y), a modern data acquisition and control system and the associated infrastructure for operation in the prime focus cage. The focal plane includes of 62 2K x 4K CCD modules (0.27"/pixel) arranged in a hexagon inscribed within the roughly 2.2 degree diameter field of view and 12 smaller 2K x 2K CCDs for guiding, focus and alignment. The CCDs will be 250 micron thick fully-depleted CCDs that have been developed at the Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL). Production of the CCDs and fabrication of the optics, mechanical structure, mechanisms, and control system for DECam are underway; delivery of the instrument to CTIO is scheduled for 2010.

研究の動機と目的

• ダークエネルギーの性質を解明するために、広視野かつ高スループットのカメラを開発し、深宇宙画像撮影調査を実施できるようにすること。
• 5つの広帯域の可視光および近赤外フィルタ（g, r, i, z, Y）を用いて、正確な光度赤方偏移測定を可能にすること。
• 62枚の大型フォーマットCCDと12枚の補助CCDを用いた焦点面を構築し、高い量子効率と低読み出しノイズを実現するように最適化すること。
• ブレイトン4m望遠鏡のプライマリフォーカスに設置可能な完全統合型機器を提供し、現代的なデータ取得・制御システムおよび機械的インfraストラクチャーを備えること。
• 弱い重力レンズ効果と銀河クラスタリングを用いた赤方偏移-距離関係および大規模構造の測定を支援し、ダークエネルギー調査の目標を達成すること。

提案手法

• DECamは、3平方度の視野全体にわたって平坦で広視野の像を提供するため、5要素の光学コリゲーターを採用している。
• 焦点面は、2.2度の直径をカバーする六角形パターンに配置された62枚のフルデプリート2K×4KCCD（0.27秒角/ピクセル）で構成されている。
• 観測中のガイド、フォーカス、アライメントに使用するため、追加で12枚の2K×2KCCDが使用されている。
• CCDは250ミクロンの厚さであり、高い量子効率と低暗電流を実現するため、ローレンス・バークレー国立研究所（LBNL）で製造された。
• 最新のデータ取得および制御システムが、読み出し、キャリブレーション、および機器のリアルタイムモニタリングを管理している。
• Cerro-Tololoに位置するブラウン4m望遠鏡のプライマリフォーカスキャリブに設置可能なように設計されており、2010年の納品に先立ち、完全な統合およびテストが完了している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、宇宙論的調査のための深宇宙画像撮影を可能にする広視野かつ高スループットのカメラを設計できるか？
• RQ2 3平方度の視野でサブ秒角ピクセルを実現する均一で高品質な画像を得るために、必要な検出器および光学構成は何か？
• RQ3 遠隔観測所環境で信頼性高く自動化された運用が可能なように、大規模フォーマットCCDのモザイクを最新の制御およびデータ取得システムに統合するにはどうすればよいか？
• RQ4 弱いレンズ効果と銀河クラスタリングを用いてダークエネルギーを解明するための最適なフィルタセット（g, r, i, z, Y）は何か？
• RQ5 主要な宇宙論的調査に耐えうる性能、耐久性、運用準備の整った機器を実現するために必要なエンジニアリングおよび製造基準は何か？

主な発見

• DECamは、5要素の光学コリゲーターと62枚の2K×4KCCDの六角形モザイクにより、3平方度の視野を実現している。
• 焦点面は、LBNLで開発された250ミクロンの厚さのフルデプリートCCDを用いており、高い量子効率と低読み出しノイズを実現している。
• ガイド、フォーカス、アライメントに使用する12枚の追加CCDが装備されており、正確な指向とキャリブレーションを確保している。
• データ取得および制御システムは、リアルタイムモニタリング、キャリブレーション、および遠隔望遠鏡環境での信頼性の高い運用を可能にしている。
• CCD、光学、機械的構造、制御システムの生産は、論文発表時時点で進行中であり、CTIOへの納品は2010年を予定している。
• DECamはダークエネルギー調査の主要機器として設計されており、弱い重力レンズ効果、銀河クラスタリング、およびIa型超新星を用いたダークエネルギーの宇宙論的研究を可能にする深宇宙画像撮影を実現する。