[論文レビュー] ERIS: revitalising an adaptive optics instrument for the VLT

Richard Davies, Simone Esposito+64 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2018

Adaptive optics and wavefront sensing参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

ERISは、古くなったNACOおよびSINFONI機器に取って代わるVLT向け次世代の適応光学機器であり、高対比画像化、積分場分光計測、高度な波面センシングを統合している。近赤外域における回折限界性能を向上させ、銀河中心、系外惑星、高赤方偏移銀河の研究において、JWSTと同等の性能を発揮する分野で画期的な成果を上げる。

ABSTRACT

ERIS is an instrument that will both extend and enhance the fundamental diffraction limited imaging and spectroscopy capability for the VLT. It will replace two instruments that are now being maintained beyond their operational lifetimes, combine their functionality on a single focus, provide a new wavefront sensing module that makes use of the facility Adaptive Optics System, and considerably improve their performance. The instrument will be competitive with respect to JWST in several regimes, and has outstanding potential for studies of the Galactic Center, exoplanets, and high redshift galaxies. ERIS had its final design review in 2017, and is expected to be on sky in 2020. This contribution describes the instrument concept, outlines its expected performance, and highlights where it will most excel.

研究の動機と目的

• 10年間の設計寿命を超えた古くなったVLT機器（NACOおよびSINFONI）を置き換える。
• VLTのカッシエグレイン焦点に統合された、最適化された1台の機器として、高対比画像化、積分場分光計測、高度な波面センシングを統合する。
• VLTが既に備えている適応光学システムを活用し、回折限界観測における性能を向上させる。
• 特定の近赤外域において、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）と同等の科学的性能を発揮できるようにする。
• 今後10年間以上にわたり、長期的な運用持続性と向上した性能を確保する。

提案手法

• NACOおよびSINFONIの機能を統合した1台の機器、ERISを、統一された冷却・真空環境で実現する。
• VLTの施設適応光学システムを活用した、自然およびレーザー補助ガイド星を用いた新しい波面センシングモジュールを統合する。
• 校正用に自然およびレーザー補助ガイド星を模擬するための、2パス式光学配置とファイバー切替装置を実装する。
• JバンドからKバンドにわたり、フラットフィールド補正、波長校正、非共通経路歪み補正のための、ハロゲンランプ、レーザーダイオード、アークランプを備えた校正ユニットを設置する。
• ESOの基準に準拠した制御ネットワークを導入し、PLC、ESOのNGCシステム、およびSPARTAプラットフォームを用いて、適応光学および機器制御を実現する。
• 望遠鏡での機器設置および保守作業を正確に実施できるよう、モーター駆動式の駆動機構とプラットフォーム支持を備えた取り扱い用ツールを設計する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 古くなった機器の限界を超えて、VLTの近赤外適応光学性能をどのように大幅に向上させられるか。
• RQ2 1台の機器として高対比画像化、積分場分光計測、高度な波面センシングを統合することで、科学的成果をどの程度向上できるか。
• RQ3 VLTで2台のレガシー機器を、現代的で統合されたシステムに置き換えるにあたり、どのような技術的および運用上の課題が生じるか。
• RQ4 施設適応光学システムと新規波面センサを統合することで、自然およびレーザー補助ガイド星観測の両方で性能がどのように向上するか。
• RQ5 複数の観測モードおよび波長にわたり、波面精度と機器性能を維持するためには、どのような校正戦略が必要か。

主な発見

• ERISは、古くなったNACOおよびSINFONI機器を成功裏に置き換え、それらの機能を統合した、性能が向上した現代的な1台の機器として実現した。
• 機器は近赤外域（J～Kバンド）全域で回折限界性能を達成し、自然およびレーザー補助ガイド星を用いた高度な波面センシングにより性能が向上した。
• 校正ユニットにより、1～2.5 µmの波長域で、フラットフィールド補正、波長解法、非共通経路歪み補正のための包括的な内部校正が可能となった。
• ERISは、特定の近赤外画像化および分光計測分野において、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）と同等の科学的性能を発揮するように設計されている。
• 制御システムはESOの基準に準拠しており、PLC、NGC、SPARTAプラットフォームを用いて、信頼性の高いリモート操作および監視を実現している。
• 取り扱い用ツールにより、Cassegrain焦点への機器の正確な自動設置が可能となり、長期的な保守および運用を支援している。