[論文レビュー] Adaptive Optics and Lucky Imager (AOLI): presentation and first light

S. Velasco, R. Rébolo+13 more|arXiv (Cornell University)|Feb 12, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、ラッキーイメージングと適応光学を組み合わせることで、地上望遠鏡からの回折限界光学画像を得ることを目的とした新規装置である適応光学ラッキーイメージャー（AOLI）を提示する。非線形曲率波フロントセンサおよびEMCCD検出器を用いて、初光観測で0.151弧秒のFWHM PSFを達成し、重力的に束縛されたTタウリ連星系LkH $\alpha$ 262-263を分解し、原始惑星環およびLkH $\alpha$ 262に近接する伴星を検出した。

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).

研究の動機と目的

• ラッキーイメージングと適応光学を統合した高解像度光学機器を、地上望遠鏡用に開発すること。
• 従来の適応光学における明るい参照星の制限を克服するため、非線形曲率波フロントセンサを採用すること。
• 明るさがI ~ 16.5–17.5の微弱なガイド星を用いて、光学バンドで回折限界画像を実現することにより、天の川カバー範囲を拡大すること。
• ウィリアム・ハーシェル望遠鏡での初光において、AOLIシステムの実現可能性と性能を実証すること。
• 未解決の角分解能で、複数のTタウリ星や原始惑星環を含む若い星系を研究すること。

提案手法

• AOLIは、大気乱流をリアルタイムに補正するため、241アクトレータの可変ミラーと低次の非線形曲率波フロントセンサを統合している。
• 科学画像撮影には、4台の1024×1024エレクトロン・マルチプライイングCCD（EMCCD）を用い、500–1000 nmの波長範囲で95%以上の高い量子効率を達成しながら、30 fpsで動作している。
• ピラミッドミラー構造を採用して、連続する領域を別々の検出器に再像像することで、36×36から120×120弧秒の可変視野角を実現している。
• ラッキーイメージングは、ストレール比に基づいて最良の10%の短時間露光画像を選別し、それらを合成することで、ほぼ回折限界解像度を達成している。
• リアルタイムの取得ソフトウェareは、スプルクル画像をリアルタイムで処理し、データ量を削減するとともに、ライブでの天体観測による検証を可能にしている。
• 位相プレートを備えたキャリブレーションユニットにより、大気乱流を模擬し、波フロントセンサおよびピラット再構成性能のテストが可能になっている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非線形曲率波フロントセンサは、光学バンドで明るさI ~ 16.5–17.5の微弱なガイド星を用いて、高次適応光学補正を可能にするか？
• RQ2 10メートルクラスの望遠鏡において、実世界の条件下で適応光学とラッキーイメージングを統合したシステムが達成可能な空間分解能は何か？
• RQ3 Tタウリ連星系LkH $\alpha$ 262-263は重力的に束縛されているか？その根拠となる高解像度画像の証拠は何か？
• RQ4 LkH $\alpha$ 262-263系の成分周囲に検出された原始惑星環の性質は何か？そのうちのいずれかが二重環として分解可能であったか？
• RQ5 光学的回折限界画像を用いて、AOLI装置は、LkH $\alpha$ 262に潜在する伴星のような若い星の近接伴星を分解できるか？

主な発見

• AOLIは初光観測で、0.151 ± 0.005弧秒の最良FWHMを達成し、ほぼ回折限界性能を示した。
• M15球状星団をキャリブレーション標的にして、ピクセルあたり55.0 ± 0.3 masのピクセルスケールを測定した。
• LkH $\alpha$ 262-263系は重力的に束縛されていると確認され、A、B、Cの成分が共通運動を示した。
• LkH $\alpha$ 262に近接する伴星が検出され、未分解の複数星系を示唆するものであった。
• LkH $\alpha$ 263 A/BおよびLkH $\alpha$ 262の周囲に原始惑星環が特定され、LkH $\alpha$ 263 Cの環は縁面から見えたと判明した。
• LkH $\alpha$ 263ABは、0.42弧秒の分離で光学的に初めて分解され、その二重星性が確認された。