[論文レビュー] UVES radial velocity accuracy from asteroid observations. Implications for the fine structure constant variability

P. Molaro, S. A. Levshakov+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 37

ひとこと要約

本研究では、VLTのUVES分光計で観測された小惑星IrisおよびJunoの高精度径速度測定を用いて、機器の安定性と径速度精度を評価した。波長依存性のずれやアーム間のオフセットは約30 m s⁻¹以内で顕著ではなく、報告されたFe ii線の青・赤アーム間の-180 ± 85 m s⁻¹の径速度差異（微細構造定数の変化を示唆する）は、スリット照度や光学的ずれによるものではなく、実際の信号または系誤差である可能性が高い。

ABSTRACT

High resolution observations of the asteroids Iris and Juno have been performed by means of the UVES spectrograph at the ESO VLT to obtain the effective accurac y of the spectrograph's radial velocity. The knowledge of this quantity has impo rtant bearings on studies searching for a variability of the fine structure cons tant carried on with this instrument. Asteroids provide a precise radial velocit y reference at the level of 1 m/s which allows instrumental calibration and the recognition of small instrumental drifts and calibration systematics. In particu lar, radial velocity drifts due to non uniform slit illumination and slit optica l misalignment in the two UVES spectrograph arms can be investigated. The positi on of the solar spectrum reflected by the asteroids are compared with the solar wavelength positions or with that of asteroid observations at other epochs or wi th the twilight to asses UVES instrumental accuracy . Radial velocities offsets in the range 10--50 m/s are generally observed likely due to a non uniform slit illumination. However, no radial velocity patterns with wavelength are detected and the two UVES arms provide consistent radial velocities. These results suggest that the detected alpha variability by Levshakov et al. (2007) deduced from a drift of -180 (+/- 85) m/s at z =1.84, between two sets of FeII lines falling in the two UVES arms may be real or induced by other kinds of systematics than those investigated here. The proposed technique allows real time quality check of the spectrograph and should be followed for very accurate measurements.

研究の動機と目的

• 小惑星を安定した径速度基準として用いて、VLTのUVES分光計の径速度精度を評価すること。
• UVESの青・赤アームにおける非均一なスリット照度や光学的ずれなどの機器系誤差を調査すること。
• UVESのアーム間で観測された径速度差が、微細構造定数の変化を示唆する-180 ± 85 m s⁻¹のFe ii線のずれを引き起こす要因であるかどうかを評価すること。
• 観測中の分光計性能をリアルタイムでモニタリングするための品質管理手法を提供すること。

提案手法

• UVESをデイクロイックモードで使用し、小惑星（IrisおよびJuno）のスペクトルを取得して青・赤アーム間の径速度を比較した。
• 観測されたライン位置を太陽の基準波長と比較し、太陽の対流シフトを補正することで、機器の径速度オフセットを評価した。
• 複数回の観測を時間的に比較することで、長期的な機器のずれを検出した。
• 曇天スペクトルを一時的な基準として検討したが、大気の乱流と運動に起因するずれのため却下された。
• 複数回の観測における径速度ずれの統計的分析を行い、光子ノイズからの不確実性を推定した。
• 波長依存性の歪みや10 m s⁻¹の校正限界を超えるアーム間オフセットの特定に焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 UVESの青・赤アーム間で報告された-180 ± 85 m s⁻¹のFe ii線の径速度差は、非均一なスリット照度や光学的ずれといった機器系誤差によるものか？
• RQ2 小惑星観測は、UVESの径速度精度をリアルタイムで補正する信頼できる基準として利用可能か？
• RQ3 UVESの波長解像度に波長依存性の歪みが存在し、微細構造定数の変化を模倣する可能性はあるか？
• RQ4 温度や気圧の変化などの環境要因によって、校正と科学的露出の間に機器のずれやシフトが生じるか？
• RQ5 曇天スペクトルは、高精度分光法における径速度校正の安定基準として利用可能か？

主な発見

• UVESの波長解像度に顕著な波長依存性のずれは検出されず、残差は30 m s⁻¹未満であり、機器の校正精度と整合的であった。
• UVESの二つのアームは30 m s⁻¹以内で一貫した径速度を示し、光学的ずれによるアーム間オフセットは検出されなかった。
• 10–50 m s⁻¹の径速度オフセットが観測されたが、これは非均一なスリット照度によるものであり、安定でかつ波長依存性がなかった。
• Fe ii線の青・赤アーム間で観測された-180 ± 85 m s⁻¹のずれは、スリット照度や光学的ずれの系誤差によるものではない可能性が高い。
• 曇天スペクトルは大気の乱流と運動に起因するずれのため、径速度基準として不適切であると判明した。
• 小惑星観測手法は、分光計の性能をリアルタイムで監視し、機器のずれを検出する信頼性の高い方法として正当化された。