[논문 리뷰] The CODEX-ESPRESSO experiment: Cosmic dynamics, fundamental physics, planets and much more...

S. Cristiani, G. Ávila외 37명|arXiv (Cornell University)|2007. 09. 01.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 1

한 줄 요약

CODEX-ESPRESSO 실험은 초고해상도 및 초초안정 스펙트로그래프를 초대형망원경(E-ELT)에 탑재하여 우주의 팽창률의 시간적 변화를 직접 측정함으로써 천체물리학, 기본물리학, 그리고 extrasolar 행성 탐지 분야에서의 돌파구를 마련하고자 한다. 이 실험의 사전 단계로, VLT에 적용될 수 있는 ESPRESSO라는 예비 장비가 개발 중이다. 이 장비는 핵심 기술과 관측 전략을 검증하는 데 목적이 있다.

ABSTRACT

Summary. — CODEX, a high resolution, super-stable spectrograph to be fed by the E-ELT, the most powerful telescope ever conceived, will for the first time provide the possibility of directly measuring the change of the expansion rate of the Universe with time and much more, from the variability of fundamental constants to the search for other earths. A study for the implementation at the VLT of a precursor of CODEX, dubbed ESPRESSO, is presently carried out by a collaboration including ESO, IAC, INAF, IoA Cambridge and Observatoire de Genève. The present talk is focused on the cosmological aspects of the experiment.

연구 동기 및 목표

• 허블 매개변수의 시간적 변화를 직접 측정하여, 우주의 가속 팽창을 직접 검증할 수 있도록 한다.
• 우주의 시간에 따른 기본 물리 상수의 변화 가능성을 조사한다.
• 초고정밀도 도약 속도 측정을 통해 지구와 유사한 행성 탐지를 실현한다.
• VLT에서의 ESPRESSO 예비 장비를 통해 장비 및 관측 기법을 개발하고 검증한다.
• 멀리 떨어진 활성은하핵과 별의 고정밀 스펙트럼 측정을 통해 천체론적 제약 조건을 향상시킨다.

제안 방법

• 초고해상도 스펙트럼 측정을 위해 초대형망원경(E-ELT)을 주요 수집기로 활용한다.
• 장비의 드리프트를 최소화하고, 1m/s 이하의 도약 속도 정밀도를 달성하기 위해 초초안정 스펙트로그래프 설계를 구현한다.
• 절대 파장 캘리브레이션과 장기적 안정성을 확보하기 위해 레이저 주파수 콤 캘리브레이션을 적용한다.
• 적색편이가 높은 활성은하핵을 관측하여 적색편이 이동을 측정하고, 우주의 팽창 역사에 대한 정보를 확보한다.
• 태양형 별의 도약 속도 모니터링을 수행하여 저질량의 지구형 행성을 탐지한다.
• VLT에 설치된 ESPRESSO 장비의 데이터를 통합하여 관측 절차와 캘리브레이션 기법을 테스트하고 개선한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고정밀 스펙트럼 측정을 통해 허블 매개변수의 시간적 변화를 직접 측정할 수 있는가?
• RQ2 정미상수와 같은 기본 상수가 우주의 시간에 따라 변화하는가?
• RQ3 지구 질량의 행성을 희생지역에서 탐지하기 위해 필요한 도약 속도 안정성은 어느 정도인가?
• RQ4 장기간 관측 스케일에서 장비의 안정성과 캘리브레이션을 어떻게 유지할 수 있는가?
• RQ5 VLT에서의 ESPRESSO 예비 장비가 CODEX의 과학적 및 기술적 실현 가능성을 어느 정도 검증할 수 있는가?

주요 결과

• CODEX는 허블 매개변수의 시간 도함수를 처음으로 직접 측정할 수 있게 되어, 우주의 가속 팽창을 새로운 방식으로 탐구할 수 있게 된다.
• 초초안정 설계와 레이저 주파수 콤 캘리브레이션 덕분에, 1m/s 이하의 도약 속도 정밀도를 달성할 수 있다.
• ESPRESSO는 예비 장비로서 전체 CODEX 시스템의 핵심 캘리브레이션 및 안정성 기법을 검증하는 데 기여할 것으로 기대된다.
• 고적색편이 활성은하핵의 흡수선을 이용하여 정미상수의 변화에 대해 높은 민감도로 검증할 수 있다.
• 이 실험은 희생지역의 지구 질량 행성 탐지 임계치를 크게 향상시킬 것이다.
• E-ELT와 CODEX의 융합은 천체물리학, 기본물리학, 그리고 행성 과학 분야에서 새로운 영역을 열 것이다.