[논문 리뷰] DECal: A Spectrophotometric Calibration System For DECam

John Marshall, Jean-Philippe Rheault외 9명|arXiv (Cornell University)|2013. 02. 22.

Advanced Chemical Sensor Technologies참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

DECal은 CTIO 4m Blanco 망원경에 장착된 DECam 기구를 위한 스펙트로포토미트릭 보정 시스템으로, 가변 주기의 단색기 기반 조명원과 라운드 반사성 평면 필드 스크린을 사용하여 300–1100 nm 범위에서 파장에 따라 달라지는 기구적 반응을 측정한다. 이 시스템은 월간적으로 망원경+기구의 통과율을 모니터링하여, 필터 투과율 변화, 코팅 열화, 시스템 통과율 변화를 보정함으로써 1%의 광학적 정밀도를 달성한다.

ABSTRACT

DECal is a new calibration system for the CTIO 4 m Blanco telescope. It is currently being installed as part of the Dark Energy Survey and will provide both broadband flat fields and narrowband (about 1 nm bandwidth) spectrophotometric calibration for the new Dark Energy Camera (DECam). Both of these systems share a new Lambertian flat field screen. The broadband flat field system uses LEDs to illuminate each photometric filter. The spectrophotometric calibration system consists of a monochromator-based tunable light source that is projected onto the flat field screen using a custom line-to-spot fiber bundle and an engineered diffuser. Several calibrated photodiodes positioned along the beam monitor the telescope throughput as a function of wavelength. This system will measure the wavelength-dependent instrumental response function of the total telescope+instrument system in the range 300 < lambda < 1100nm. The spectrophotometric calibration will be performed regularly (roughly once per month) to determine the spectral response of the DECam system and to monitor changes in instrumental throughput during the five year Dark Energy Survey project.

연구 동기 및 목표

• 어두운 에너지 설문(DES)을 위한 고정밀 광학적 측정을 가능하게 하기 위해 기구적 및 대기적 영향을 보정하는 것.
• 다섯 해 동안 광학적 정밀도를 유지하기 위해 망원경+기구의 반응 함수 변화를 모니터링함으로써 도전 과제를 해결하는 것.
• 장기적인 천문학적 설문에서 routine 사용에 적합한 안정적이고 유지보수가 적은 보정 시스템을 제공하는 것.
• 제조사 자료가 불완전하거나 불확실한 경우가 많은, 예를 들어 u-대역 필터와 같은 DECam 필터의 진정한 스펙트럼 반응을 측정하는 것.
• 정확한 필터 투과 함수 지식을 바탕으로 초신성 k보정 및 광학적 적색편이를 향상시키는 것.

제안 방법

• 단색기 기반의 가변 주기 조명원이 300–1100 nm 범위에서 좁은 대역(약 1 nm) 조명을 생성하여 유지보수가 적은 투명 레이저의 대체로 사용된다.
• 빛은 특수 제작된 선형에서 점으로의 섬유 번들에 커플링되어 라운드 반사성 평면 필드 스크린에 투사되어 균일한 천체 배경 조명을 시뮬레이션한다.
• 광선 경로 상에 캘리브레이션된 광다이오드를 배치하여 파장에 따른 망원경의 통과율을 모니터링함으로써 전체 기구 반응 함수를 측정할 수 있다.
• 단일의 크고 경량의 알루미늄 허니콤 평면 필드 스크린을 사용하며, 고반사성 라운드 반사성 물질로 코팅되어 망원경의 시야에 균일한 조명을 보장한다.
• 광학적 필터 각각을 조명하기 위해 LED를 사용하여 박편광 평면 필드를 생성함으로써 DECam CCD의 픽셀 간 반응 변화를 매일 보정할 수 있다.
• 이 시스템은 다섯 해 동안의 DES 설문 동안 정기적이고 자동화된 운영을 위해 설계되었으며, 월간 스펙트로포토미트릭 스캔과 일일 평면 필드를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 DECam+망원경 시스템의 파장에 따른 기구 반응을 다섯 해 동안 고정밀도와 안정성으로 측정할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 특히 제조사 사양이 불완전하거나 불확실한 경우가 많은 DECam 필터의 진정한 스펙트럼 투과 함수는 무엇인가?
• RQ3 단색기 기반 시스템이 광학 및 적외선 대역에서 routine으로 장기적인 보정을 수행하는 데에 충분한 신호 대 잡음비와 안정성을 제공할 수 있는가?
• RQ4 광학 코팅 및 필터 성능 변화가 기구 통과율에 미치는 영향은 무엇이며, 이 시스템을 통해 효과적으로 모니터링할 수 있는가?
• RQ5 이 보정 시스템이 초신성 k보정 및 광학적 적색편이 측정의 광학적 정밀도 향상에 어느 정도 기여할 수 있는가?

주요 결과

• DECal 프로토타입은 캐너지 초신성 프로젝트에서 u-대역 필터의 진정한 스펙트럼 반응을 성공적으로 측정하여, 초기에 잘못된 가정으로 인한 광학적 정밀도 저하를 수정하였다.
• 스포우프 및 두 퐁 망원경에서의 광학 및 적외선 필터에 대한 스펙트로포토미트릭 스캔 결과, 통과율 측정 정밀도가 1%에 도달하여 시스템의 정밀도를 검증하였다.
• 이 시스템은 적외선 보정에 대한 가능성도 입증하였으며, J, H, Ks 대역에서 측정 가능한 통과율을 확보하였지만, Ks 대역의 적색 끝에서 신호 대 잡음비는 낮았다.
• 단색기 기반 조명원은 투명 레이저보다 유지보수가 적게 들며 효과적이었고, 장기적 구현에 유리하다는 것이 입증되었다.
• 라운드 반사성 평면 필드 스크린은 망원경의 시야 전역에 균일한 조명을 보장하여 정확한 평면 필드 보정 및 통과율 보정이 가능했다.
• 이 시스템은 최소한의 수정으로도 근적외선 범위(최대 2400 nm)로 확장 가능하여 향후 더 넓은 응용 분야에 유용할 수 있다.