[論文レビュー] TIRCAM2: The TIFR Near Infrared Imaging Camera

M. B. Naik, D. K. Ojha+11 more|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2012

Calibration and Measurement Techniques参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

TIRCAM2 は、インドの2m望遠鏡で1–3.7 μmの観測に最適化された、512×512 InSb ディテクタを備えたクローズドサイクル冷却近赤外カメラである。nbL バンド（3.59 μm）での深紫外画像撮影が可能で、1時間露光で限界等級9.3を達成し、スパitzer-IRACの飽和限界以下の明るい天体の研究を可能にしている。1000 m（Girawali）および1722 m（Gurushikhar）の地点に正常に設置された。

ABSTRACT

TIRCAM2 (TIFR Near Infrared Imaging Camera - II) is a closed cycle cooled imager that has been developed by the Infrared Astronomy Group at the Tata Institute of Fundamental Research for observations in the near infrared band of 1 to 3.7 microns with existing Indian telescopes. In this paper, we describe some of the technical details of TIRCAM2 and report its observing capabilities, measured performance and limiting magnitudes with the 2-m IUCAA Girawali telescope and the 1.2-m PRL Gurushikhar telescope. The main highlight is the camera's capability of observing in the nbL (3.59 microns) band enabling our primary motivation of mapping of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAH) emission at 3.3 microns.

研究の動機と目的

• TIRCAM1 を、感度と視野を向上させるために、より大きな 512×512 InSb 焦面アレイにアップグレードすること。
• 3.3 μm での多環芳香族炭化水素（PAH）放射のマッピングに適した、狭帯域 nbL（3.59 μm）フィルタでの観測を可能にすること。
• ハイルマラヤ・チャンドラ望遠鏡（4500 m）と1.2m PRL グルーシッカール望遠鏡での使用に最適化すること。
• デューティング統合と安定した冷却運転により、背景ノイズを低減し、近赤外域での深紫外限界等級を達成すること。
• 標準星の観測を用いて、広いダイナミックレンジにわたる線形性と photometric 精度を検証すること。

提案手法

• 1–5 μm で 80% 以上の量子効率を有する Raytheon Aladdin III Quadrant 512×512 InSb 焦面アレイを採用。
• デューティング冷却システムにより、検出器を 35 K に維持。2段階冷却器（検出器用17 K、放射シールド用100 K）を採用。
• f/9（HCT）および f/10（IGO）ビームに最適化された、BaF₂ および融石英で作られた3レンズ再像式光学系を採用。
• 7つの狭帯域フィルタと1つのブロックフィルタを備えたフィルターホイールを採用。真空の完全性を保つためにフェロフルイディックフィードスルーを用いる。
• Zemax の光線追跡モデルを用いてスポットサイズと視野を最適化し、1.14 arcmin のバーミングされない円形視野を達成。
• 0.1秒フレームのデューティング統合を採用し、背景ノイズを低減。σ は 1/√N に比例し、信号対ノイズ（5σ）基準により限界等級を推定可能。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1000 m および 1722 m の高度における、通常の大気条件下で TIRCAM2 が nbL バンド（3.59 μm）で達成する限界等級は何か？
• RQ2 標準星の観測により確認された TIRCAM2 検出器の応答は、広いフラックスレベル範囲でどの程度線形か？
• RQ3 TIRCAM2 は、スパitzer-IRAC 3.6 μm バンドの飽和限界（2秒露光で7.92等級）を超える明るい源を観測できるか？
• RQ4 TIRCAM2 の 3.3 μm PAH 放射ライン領域での性能は何か？また、光学的改造により M バンド（4.5 μm）への拡張は可能か？
• RQ5 nbL バンドにおける背景ノイズと限界等級は、露光時間にどのように依存するか？

主な発見

• TIRCAM2 は、IGO（FWHM ~1 arcsec）の2011年2月17日と類似した条件の下で、1時間の総露光時間で nbL バンド（3.59 μm）で限界等級9.3を達成した。
• 背景ノイズは、0.1秒のデューティングフレームで0.40 ADUs から5フレーム統合後は0.16 ADUs に低下し、√N スケーリングと整合的であった。
• TIRCAM2 は nbL バンドで線形性を示し、log(ADUs/sec) から得た機器等級が、UKIRT 標準 L バンド等級とよく一致した。
• TIRCAM2 は、スパitzer-IRAC 3.6 μm バンドの飽和限界（2秒フレームで7.92等級）を超える明るい赤外源を観測可能であり、明るい赤外源の研究を可能にした。
• 1000 m の IGO および 1722 m の Gurushikhar 立地で正常に動作し、ほぼ満月条件下での性能を確認した。
• 限界等級の推定式 M_limit = 4.08 + 0.828 + 1.25 log(t) は、nbL バンドにおける露光時間と感度の関係を信頼性高く予測可能である。