[論文レビュー] The HARPS polarimeter

Frans Snik, O. Kochukhov+9 more|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

HARPSポラリメータは、ESOの3.6-m望遠鏡に搭載されたHARPS分光計を、10⁻⁵の感度で高分解能全ストークス分光ポラリメトリを実行できるようにアップグレードした。二重ビームポラリメトリとウェーブプレートモジュレータを用いる。コンmissioningデータでは顕著な機器由来の偏光は検出されず、α Cen Aでは強い磁場信号が検出されなかったことから、太陽と同程度のスペクトル型と年齢であるにもかかわらず、磁気活動が低いことが示された。

ABSTRACT

We recently commissioned the polarimetric upgrade of the HARPS spectrograph at ESO's 3.6-m telescope at La Silla, Chile. The HARPS polarimeter is capable of full Stokes spectropolarimetry with large sensitivity and accuracy, taking advantage of the large spectral resolution and stability of HARPS. In this paper we present the instrument design and its polarimetric performance. The first HARPSpol observations show that it can attain a polarimetric sensitivity of ~10^-5 (after addition of many lines) and that no significant instrumental polarization effects are present.

研究の動機と目的

• 星の磁場研究のため、HARPS分光計の能力を全ストークス分光ポラリメトリに拡張すること。
• ビーム交換技術と二重ビームモジュレーションを用いて、~10⁻⁵の高感度ポラリメトリを達成すること。
• 最適化された光学設計とウェーブプレートの選定により、機器由来の偏光効果を最小限に抑えること。
• 分解能の低い星面のゼーマン・ドーブラー像および磁気ドーブラー像の生成を可能にすること。
• ESPaDOnSなど既存の高分解能分光ポラリメータの南半球補完を提供すること。

提案手法

• ポラリメータは、直交する線形偏光を2本のファイバーに分離するカスタムフォスター水晶プリズムを用い、135°でアッキネティックな分離を実現し、消光比は10⁴～10⁶を達成している。
• スーパーアッキネティックな全波長板（QWP）と半波長板（HWP）を用いて、それぞれ円偏光および線形偏光状態をモジュレートしており、380–690 nmの波長域で±3°および±2°の精度を有する。
• QWPとHWPを同期的に回転させ、90°および22.5°のステップでモジュレーションを実行し、二重比デモジュレーションにより系統誤差を抑制する。
• ポラリメータの挿入に起因するビームのぼやけは、望遠鏡の2次鏡を約2 mm後退させることで補償している。
• 偏光スペクトルは二重比法を用いてデモジュレーションされ、偽信号を検出するためのノイズスペクトルが計算されている。
• 標準的なHARPSデータ還元（暗電流差分、フラットフィールド補正、波長校正）が適用され、さらに偏光クロスタブの補正が追加されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HARPSポラリメータは全ストークス分光ポラリメトリにおいて~10⁻⁵の感度を達成できるか？
• RQ2 この装置は顕著な機器由来の偏光やストークスパラメータ間のクロストークを引き起こすか？
• RQ3 標準の磁気的星に対して、HARPSpolのポラリメトリ性能はESPaDOnSの校正済みデータと一致するか？
• RQ4 α Cen A（太陽の類縁星）に磁場が検出可能か、その既知の磁気活動と照らして評価できるか？
• RQ5 大気分散補正器（ADC）が、ポラリメトリ測定におけるバンド幅の機器由来偏光に与える影響は何か？

主な発見

• スペクトル線の重ね合わせ後に得られるLSDプロファイルにおいて、HARPSポラリメータは~10⁻⁵のポラリメトリ感度を達成しており、0.1 G程度の磁場を検出可能である。
• コンmissioningデータでは顕著な機器由来の偏光効果は検出されず、装置の高い精度と低い系統誤差が確認された。
• γ Equに対するHARPSpolのデータは、校正済みのESPaDOnSデータと良好に一致しており、偏光クロストークが無視できるほど低く、校正用の偏光光学がなくても高い信頼性を示している。
• α Cen Aの観測されたストークスVプロファイルには、0.1 Gまで検出可能なゼーマン効果信号が認められず、太陽よりも顕著に磁気活動が低いことが示唆された。
• HARPSの高いスペクトル分解能（R = 110,000）は、ESPaDOnS（R = 65,000）よりも強い偏光信号をもたらし、感度の向上を確認した。
• ADCに起因するバンド幅の機器由来偏光は、線分光解析に影響を及ぼさず、顕著なフレーミングやぼやけの問題も観測されなかった。