[論文レビュー] The instrumental polarization of the Nasmyth focus polarimetric differential imager NAOS/CONICA (NACO) at the VLT - Implications for time-resolved polarimetric measurements of Sgr A*

Gunther Witzel, A. Eckart+10 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2010

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 43被引用数 28

ひとこと要約

本論文は、VLTのNACO機器における機器由来偏光（IP）の詳細なモデルを提示する。金属反射を用いたストークス／ミュラー形式を用い、新しいキャリブレーションにより、偏光度は1%未塔の精度で測定可能であり、偏光角は4%以上の偏光度に対して≤5°の不確実性で測定可能である。これは、2009年秋以前のデータに13.2°の角度オフセットが存在したにもかかわらず、Sgr A*に関する先行研究が妥当であることを確認するものである。

ABSTRACT

We report on the results of calibrating and simulating the instrumental polarization properties of the ESO VLT adaptive optics camera system NAOS/CONICA (NACO) in the Ks-band. We use the Stokes/Mueller formalism for metallic reflections to describe the instrumental polarization. The model is compared to standard-star observations and time-resolved observations of bright sources in the Galactic center. We find the instrumental polarization to be highly dependent on the pointing position of the telescope and about 4% at maximum. We report a polarization angle offset of 13.28° due to a position angle offset of the half-wave plate that affects the calibration of NACO data taken before autumn 2009. With the new model of the instrumental polarization of NACO it is possible to measure the polarization with an accuracy of 1% in polarization degree. The uncertainty of the polarization angle is < 5° for polarization degrees > 4%. For highly sampled polarimetric time series we find that the improved understanding of the polarization properties gives results that are fully consistent with the previously used method to derive the polarization. The small difference between the derived and the previously employed polarization calibration is well within the statistical uncertainties of the measurements, and for Sgr A* they do not affect the results from our relativistic modeling of the accretion process.

研究の動機と目的

• VLTのNACO偏光計における機器由来偏光を、特にKsバンドで特徴づけること。
• Sgr A*の時間分解偏光測定に偏見を及える可能性のある系統的キャリブレーション効果を定量化すること。
• Sgr A*のような可変天体の高時間分解能観測に適した偏光キャリブレーション精度を向上させること。
• 2009年秋以前に観測されたデータに見られる、波板位置の既知のオフセットに起因する偏光角キャリブレーションの不一致を解消すること。
• キャリブレーションの不確実性が存在する中でも、Sgr A*に関する以前の偏光測定結果が統計的に堅牢であることを検証すること。

提案手法

• NACO光路内の金属反射による偏光効果をモデル化するため、ストークス／ミュラー形式の適用。
• 標準星および明るい銀河中心源を用いたキャリブレーションにより、機器由来偏光モデルを制約。
• 標準的な「ブートストラップ」法と、新しい物理的根拠に基づくモデルとのシミュレーションおよび比較。
• λ/2波板がヘッダ値からずれていることによる13.2°の偏光角オフセットをモデルを用いて補正。
• キャリブレーションチェーン全体を通じてのフラックスおよび偏光不確実性の伝搬を評価し、統計的および系統的誤差予算を検討。
• 複数のフレア事象におけるSgr A*の時間分解Ksバンド光曲線を用いた、モデルの検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NACO機器における機器由来偏光の大きさと、指向位置依存の挙動は何か？
• RQ2 異なるキャリブレーション手法が、Sgr A*の時間分解観測における導出された偏光度および偏光角に与える影響は何か？
• RQ3 波板のオフセットのような系統的キャリブレーション誤差が、偏光測定の信頼性に及ぼす影響の程度はどの程度か？
• RQ4 新しい偏光モデルは、Sgr A*フレアにおいて、偏光度の精度を1%未塔、偏光角の精度を≤5°に達成できるか？
• RQ5 特に相対論的ホットスポットモデルに使用されたSgr A*の偏光に関する以前の発表結果は、改善されたキャリブレーション下でも統計的に堅牢であるか？

主な発見

• NACOにおける機器由来偏光は最大4%に達し、望遠鏡の指向位置に強く依存する。
• 2009年秋以前に取得されたNACOデータには、λ/2波板のずれに起因する系統的偏光角オフセット $13.2^ ext{circ} \pm 0.3^ ext{circ}$ が確認された。
• 新しいキャリブレーションモデルにより、偏光度の測定精度が1%未塔、偏光度が4%以上の場合は偏光角の精度が≤5°に達する。
• 全Ksバンド輝度が4 mJy以上、偏光フラックスが1 mJy以上の条件下では、新しいキャリブレーションは統計的不確実性の範囲内で、従来の「ブートストラップ」法と区別できない結果をもたらす。
• 改善されたモデルにより、以前のキャリブレーションデータを用いて行ったSgr A*フレアの相対論的モデリングが、依然として有効であることが確認された。
• 将来的には、リアルタイムでのHWPオフセット補償を組み込んだキャリブレーション戦略により、偏光精度を数分の1%レベルに達する可能性がある。