[논문 리뷰] Adaptive Optics and Lucky Imager (AOLI): presentation and first light

S. Velasco, R. Rébolo외 13명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 12.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 지상 천체망원경에서 회절 한계 해상도의 광학 이미징을 달성하기 위해 幸運 이미징과 적응 광학을 융합한 새로운 기구인 적응 광학 幸운 이미저(AOLI)를 제시한다. 비선형 곡률 위상면 센서와 EMCCD 검출기를 사용하여 AOLI는 첫 번째 관측에서 0.151 arcsec FWHM PSF를 달성했으며, 중력적으로 결합된 T 타우리 계인 LkH $\alpha$ 262-263을 해상하고, 태행성원반과 LkH $\alpha$ 262에 가까운 연성성을 탐지했다.

ABSTRACT

In this paper we present the Adaptive Optics Lucky Imager (AOLI), a state-of-the-art instrument which makes use of two well proved techniques for extremely high spatial resolution with ground-based telescopes: Lucky Imaging (LI) and Adaptive Optics (AO). AOLI comprises an AO system, including a low order non-linear curvature wavefront sensor together with a 241 actuators deformable mirror, a science array of four 1024x1024 EMCCDs, allowing a 120x120 down to 36x36 arcseconds field of view, a calibration subsystem and a powerful LI software. Thanks to the revolutionary WFS, AOLI shall have the capability of using faint reference stars ({\it I\/} $\sim$ 16.5-17.5), enabling it to be used over a much wider part of the sky than with common Shack-Hartmann AO systems. This instrument saw first light in September 2013 at William Herschel Telescope. Although the instrument was not complete, these commissioning demonstrated its feasibility, obtaining a FWHM for the best PSF of 0.151$\pm$0.005 arcsec and a plate scale of 55.0$\pm$0.3 mas/pixel. Those observations served us to prove some characteristics of the interesting multiple T Tauri system LkH$α$ 262-263, finding it to be gravitationally bounded. This interesting multiple system mixes the presence of proto-planetary discs, one proved to be double, and the first-time optically resolved pair LkH$α$ 263AB (0.42 arcsec separation).

연구 동기 및 목표

• 지상 천체망원경을 위한 고공간 해상도 광학 기구를 적응 광학과 幸운 이미징을 융합하여 개발하기.
• 기존 적응 광학에서 밝은 기준 항성의 제한을 극복하기 위해 비선형 곡률 위상면 센서를 도입하기.
• 희미한 안내 항성(I ~ 16.5–17.5)을 사용하여 광학 대역에서 회절 한계 해상도 이미징을 가능하게 하여 천구 커버리지 확장하기.
• 윌리엄 허셜 망원경에서의 첫 번째 관측 동안 AOLI 시스템의 실현 가능성과 성능을 입증하기.
• 초기 항성계, 특히 다중 T 타우리 항성과 태행성원반을 높은 각해상도로 연구하기.

제안 방법

• AOLI는 실시간으로 대기 난류를 보정하기 위해 241개 액추에이터를 갖춘 변형 거울과 저항도 비선형 곡률 위상면 센서를 통합한다.
• 과학 이미징을 위해 네 대의 1024×1024 전자 증폭 CCD(EMCCD)를 사용하며, 500–1000 nm 범위에서 고양자 효율(>95%)을 확보한 채 30 fps로 작동한다.
• 피라미드 미러 구조를 사용하여 인접한 영역을 별도의 검출기로 재이미징함으로써 36×36에서 120×120 아크초까지 가변 시야를 제공한다.
• 행운의 이미징은 Strehl 비율 기반으로 가장 우수한 10%의 단기 노출 이미지를 선택하고 이를 공액하여 근접한 회절 한계 해상도를 달성한다.
• 실시간 획득 소프트웨어는 스펙클 이미지를 실시간으로 처리하여 데이터 양을 줄이고 실시간 천체 관측 검증을 가능하게 한다.
• 위상판을 갖춘 캘리브레이션 유닛이 대기 난류를 시뮬레이션하여 위상면 센서와 피우얼 재구성 성능을 시험한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 희미한 안내 항성(I ~ 16.5–17.5)을 사용하여 광학 대역에서 고차수 적응 광학 보정이 비선형 곡률 위상면 센서로 가능할 수 있는가?
• RQ2 10미터급 천체망원경에서 실세계 조건에서 적응 광학과 幸운 이미징을 융합한 시스템이 달성할 수 있는 공간 해상도는 무엇인가?
• RQ3 T 타우리 계 LkH $\alpha$ 262-263은 중력적으로 결합되어 있는가? 고해상도 이미징으로부터 이에 대한 증거는 무엇인가?
• RQ4 LkH $\alpha$ 262-263계의 구성 성분 주변에 탐지된 태행성원반의 성격은 무엇이며, 이중 원반으로 해상된 경우가 있는가?
• RQ5 광학적 회절 한계 해상도 이미징을 통해 AOLI 기구가 청소년 항성 주변의 근접 연성성을 해상할 수 있는가? 예를 들어 LkH $\alpha$ 262에 잠재적 연성성이 있는가?

주요 결과

• AOLI는 첫 번째 관측에서 최고 FWHM 0.151 ± 0.005 arcsec를 달성하여 근접한 회절 한계 성능을 입증했다.
• M15 구형성단을 캘리브레이션 대상으로 사용하여 플레이트 스케일을 55.0 ± 0.3 mas/pixel로 측정했다.
• LkH $\alpha$ 262-263 시스템은 중력적으로 결합되어 있음이 확인되었으며, 성분 A, B, C가 함께 움직이는 것으로 나타났다.
• LkH $\alpha$ 262에 근접한 연성이 탐지되어, 해상도가 떨어지는 다중 항성계임을 시사했다.
• LkH $\alpha$ 263 A/B와 LkH $\alpha$ 262 주변에 태행성원반이 확인되었으며, LkH $\alpha$ 263 C의 원반은 옆으로 보이는 방식으로 광학적으로 해상되었다.
• LkH $\alpha$ 263AB는 0.42 arcsec 간격에서 최초로 광학 대역에서 해상되었으며, 이는 이들이 이진성임을 확인했다.