[논문 리뷰] UVES radial velocity accuracy from asteroid observations. Implications for the fine structure constant variability

P. Molaro, S. A. Levshakov외 5명|arXiv (Cornell University)|2007. 12. 20.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 37

한 줄 요약

이 연구는 VLT의 UVES 분광계를 사용해 관측한 소행성 Iris와 Juno의 고정밀 도약 속도 측정을 통해 기기의 안정성과 도약 속도 정확도를 평가한다. 파장에 따라 변화하는 이격이나 암실 간의 오프셋이 약 ~30 m s⁻¹ 이내로 나타나지 않음을 확인하여, 파란색 및 빨간색 암실에서 Fe ii 선 간에 보고된 -180 ± 85 m s⁻¹의 도약 속도 차이가 슬릿 조명 또는 광학적 비일치성으로 인한 것이 아니라 실제 신호이거나 체계적인 오차일 가능성을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• UVES 분광계의 도약 속도 정확도를 소행성들을 안정적인 도약 속도 기준으로 삼아 평가한다.
• UVES의 파란색 및 빨간색 암실에서 비균일한 슬릿 조명 및 광학적 비일치성 등의 기기 체계적 오차를 조사한다.
• UVES 암실 간에 관측된 도약 속도 차이가 파장에 따라 변화하는지 확인하여, 이는 미세 구조 상수 변화 가능성을 암시하는 -180 ± 85 m s⁻¹의 Fe ii 선 이격과 관련이 있는지 평가한다.
• 관측 중 기기 성능을 실시간으로 모니터링하기 위한 품질 제어 방법을 제공한다.

제안 방법

• UVES의 이분광 모드를 사용해 소행성(Iris 및 Juno)의 스펙트럼을 관측하여 파란색 및 빨간색 암실 간 도약 속도를 비교한다.
• 관측된 선 위치를 태양 기준 파장과 비교하여 태양의 대류 이동을 고려해 기기 도약 속도 오프셋을 평가한다.
• 다중 관측 시점 간의 소행성 관측 비교를 통해 장기적인 기기 이격을 탐지한다.
• 황혼 스펙트럼을 잠재적 기준으로 테스트했지만 대기 난류 및 운동 유도 이격로 인해 기각되었다.
• 다수의 관측에 걸쳐 도약 속도 이격의 통계적 분석을 수행하였으며, 오차는 광자 노이즈로부터 추정되었다.
• 분석은 파장에 따라 변화하는 왜곡 또는 10 m s⁻¹ 보정 한계를 초과하는 암실 간 오프셋을 식별하는 데 집중되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 UVES의 파란색 및 빨간색 암실에서 Fe ii 선 간에 보고된 -180 ± 85 m s⁻¹의 도약 속도 차이가 비균일한 슬릿 조명 또는 광학적 비일치성 등의 기기 체계적 오차로 인한 것인가?
• RQ2 소행성 관측이 UVES 도약 속도 정확도에 대한 신뢰할 수 있는 실시간 보정 기준으로 사용될 수 있는가?
• RQ3 UVES의 파장 보정에 파장에 따라 변화하는 왜곡이 존재하여 미세 구조 상수 변화를 모방할 수 있는가?
• RQ4 온도 또는 압력 변화와 같은 환경 요인으로 인해 보정 및 과학적 관측 간에 기기 이격 또는 이동이 발생하는가?
• RQ5 황혼 스펙트럼은 고정밀 분광법에서 도약 속도 보정에 안정적인 기준으로 사용될 수 있는가?

주요 결과

• UVES 파장 보정에 파장에 따라 변화하는 이격이 발견되지 않았으며 잔차는 30 m s⁻¹ 이내로 나타나 기기 보정 정확도와 일치한다.
• UVES의 두 암실은 30 m s⁻¹ 이내로 일관된 도약 속도를 보여, 광학적 비일치성으로 인한 측정 가능한 암실 간 오프셋이 없음을 시사한다.
• 10–50 m s⁻¹의 도약 속도 오프셋이 관측되었으며, 이는 비균일한 슬릿 조명으로 인한 것으로 보이나 안정적이며 파장에 따라 변화하지 않았다.
• 파란색 및 빨간색 암실에서 Fe ii 선 간에 관측된 -180 ± 85 m s⁻¹의 이격은 슬릿 조명 또는 광학적 비일치성 체계적 오차로 인한 것이 아닐 가능성이 높다.
• 대기 난류 및 운동 유도 이격로 인해 황혼 스펙트럼은 도약 속도 기준으로 부적합하다고 판단되었다.
• 소행성 관측 기법은 기기 성능 모니터링 및 기기 이격 탐지에 실시간으로 신뢰할 수 있는 방법으로 검증되었다.