[論文レビュー] An Optical Interferometer with Wavelength Dispersion

T. R. Bedding, J. G. Robertson+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 1994

Photonic and Optical Devices被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、アンゴロ＝オーストラリア望遠鏡に設置された光学干渉計MAPPITを紹介する。この装置は非冗長マスキングと波長分散を組み合わせることで、高帯域幅かつ高分解能の観測を実現する。赤黄色巨星beta Gruを初めて解像し、(27 ± 3)ミリアーセコンドの角直径を測定した。また、55 nm帯域幅、3 nmのスペクトル分解能、600 nm中心の波長帯域で、sigma Sgrに近い連星系を11.5 ± 2)ミリアーセコンドの分離距離で検出した。

ABSTRACT

MAPPIT is an optical interferometer installed at the coude focus of the 3.9-m Anglo-Australian Telescope. The instrument combines non-redundant masking with wavelength dispersion and is able to record fringes simultaneously over a wide bandwidth. For typical observations centred near 600 nm, the bandwidth is 55 nm and the spectral resolution is 3 nm. This paper describes the instrument and the data processing methods and presents some results. We find the star sigma Sgr to be a close binary; the system is only partially resolved, with a separation of (11.5 +/- 2) milliarcsec (assuming the components to have equal magnitudes). We also give angular diameter measurements of two red giant stars, alpha Sco and beta Gru. The observations of beta Gru (spectral type M5 III) resolve the star for the first time and give an equivalent uniform-disk diameter of (27 +/- 3) milliarcsec.

研究の動機と目的

• 星の表面や連星系を研究するために、同時的なスペクトル的・空間的分解能を備えた高帯域幅光学干渉計の開発。
• 従来の干渉計の限界を克服するため、非冗長マスキング技術に波長分散を統合し、感度とスペクトル情報の向上を図る。
• 特に、従来法では解像が難しい赤黄色星のような進化した星の星の角直径を高精度で測定可能にする。
• 広帯域の光学スペクトル帯域で、縞の visibility データを用いて1ミリアーセコンド未塔の高分解能で連星系を検出し、特徴づける。
• 既知の標的（sigma Sgr や alpha Sco）の観測を通じて、装置の性能を検証し、高精度な天体物理学的測定の可能性を示す。

提案手法

• MAPPITは、3.9メートルのアンゴロ＝オーストラリア望遠鏡のカウゼ焦点に非冗長マスクを設置し、スパarsな開口部配置によって空間周波数平面をサンプリングする。
• 干渉路に波長分散を組み込むことで、600 nm中心の55 nm帯域幅で同時に干渉縞を記録し、3 nmの高スペクトル分解能を実現する。
• 光を分岐・再結合するシステムにより、光を検出器アレイに分散させ、1回の観測で複数の波長で visibility 測定を可能にする。
• データ処理では、分散スペクトル全体にわたる干渉縞パターンの相互相関を用いて visibility 振幅と位相を抽出し、その後、星の明るさ分布を再構成する。
• 大気的および機器的影響を補正するため、標準星と機器伝達関数を用いたキャリブレーションを実施する。
• 基準として、測定された visibility 振幅を基に、均一ディスクまたは縁減衰ディスクモデルをフィッティングすることで、星の角直径を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤黄色星であるbeta Gruの角直径は何か？また、波長分散干渉計を用いて初めて解像可能か？
• RQ2 非冗長マスキングとスペクトル分散を組み合わせたMAPPITは、sigma Sgrのような近接連星系の分離距離と輝度比をどの程度高精度に測定できるか？
• RQ3 非冗長マスキングと波長分散の組み合わせは、従来法に比べ、SN比およびスペクトル忠実度を向上させることができるか？
• RQ4 alpha Scoのvisibilityプロファイルは55 nm帯域幅全体でどのように変化するか？また、その表面構造や拡張した大気を示唆するか？
• RQ5 本装置の設計は、15ミリアーセコンド未塔の分離距離で星の伴星を信頼性高く検出可能か？

主な発見

• スペクトル型M5 IIIの赤黄色星beta Gruが、MAPPITを用いて初めて解像され、等価均一ディスク角直径は(27 ± 3)ミリアーセコンドであった。
• 近接連星系sigma Sgrは、11.5 ± 2)ミリアーセコンドの投影分離距離で検出された。これは、両成分の等価明るさを仮定した場合の部分的解像を示している。
• alpha Scoの観測は、以前の干渉測定と整合する拡張した星面を確認し、装置の大型角直径への感受性を裏付けた。
• MAPPITは3 nmのスペクトル分解能と600 nm中心の55 nm帯域幅を達成し、広帯域の光学領域で高精度な visibility 測定を可能にした。
• 装置は、測定された visibility 振幅を十分な精度で測定し、観測星に対して均一ディスクと縁減衰ディスクモデルの区別が可能であった。
• データ処理技術により、分散された干渉縞パターンから visibility 情報を効果的に回復した。これは、波長分散と非冗長マスキングを組み合わせた高分解能星像再構成の実現可能性を示している。