[논문 리뷰] The instrumental polarization of the Nasmyth focus polarimetric differential imager NAOS/CONICA (NACO) at the VLT - Implications for time-resolved polarimetric measurements of Sgr A*

Gunther Witzel, A. Eckart외 10명|arXiv (Cornell University)|2010. 10. 22.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 43인용 수 28

한 줄 요약

이 논문은 VLT의 NACO 기구에서 금속 반사에 의한 분광편광의 스튜어트/밀러 형식을 사용하여 기구적 편광(IP)에 대한 상세한 모델을 제시한다. 새로운 보정을 통해 편광도는 1% 이내의 정확도로 측정 가능하고, 편광 각도는 4% 이상일 경우 최대 5° 이내의 불확도로 측정 가능함을 입증한다. 이는 2009년 가을 이전 데이터에서 관측된 13.2°의 각도 오프셋에도 불구하고 사망성운 중심( Sagittarius A* )에 대한 이전 결과가 견고함을 확인한다.

ABSTRACT

We report on the results of calibrating and simulating the instrumental polarization properties of the ESO VLT adaptive optics camera system NAOS/CONICA (NACO) in the Ks-band. We use the Stokes/Mueller formalism for metallic reflections to describe the instrumental polarization. The model is compared to standard-star observations and time-resolved observations of bright sources in the Galactic center. We find the instrumental polarization to be highly dependent on the pointing position of the telescope and about 4% at maximum. We report a polarization angle offset of 13.28° due to a position angle offset of the half-wave plate that affects the calibration of NACO data taken before autumn 2009. With the new model of the instrumental polarization of NACO it is possible to measure the polarization with an accuracy of 1% in polarization degree. The uncertainty of the polarization angle is < 5° for polarization degrees > 4%. For highly sampled polarimetric time series we find that the improved understanding of the polarization properties gives results that are fully consistent with the previously used method to derive the polarization. The small difference between the derived and the previously employed polarization calibration is well within the statistical uncertainties of the measurements, and for Sgr A* they do not affect the results from our relativistic modeling of the accretion process.

연구 동기 및 목표

• VLT의 NACO 편광계에서 Ks 대역에서의 기구적 편광을 특성화하기 위해.
• 시간 해상도가 높은 Sgr A*의 편광 측정에서 편향을 일으킬 수 있는 체계적 보정 효과를 정량화하기 위해.
• Sgr A*와 같이 변수가 되는 천체의 고시간 해상도 관측을 위한 편광 보정 정확도를 향상시키기 위해.
• 2009년 가을 이전에 알려진 웨이브 플레이트 위치 오프셋으로 인한 편광 각도 보정의 모순을 해결하기 위해.
• 보정 불확도가 존재하더라도 이전의 Sgr A* 편광 결과가 통계적으로 견고한지 검증하기 위해.

제안 방법

• NACO 광학 경로에서 금속 반사에 의한 편광 효과를 모델링하기 위해 스튜어트/밀러 형식을 적용한다.
• 표준 항성과 밝은 은하수 중심 천체를 사용하여 기구적 편광 모델을 제약한다.
• 표준 '부트스트랩' 방법과 새로운 물리적 기반 모델을 비교하기 위한 시뮬레이션 및 비교를 수행한다.
• λ/2 웨이브 플레이트가 헤더 값과 대비하여 기울어져서 발생하는 13.2° 편광 각도 오프셋을 모델을 사용해 보정한다.
• 보정 체인 전반에 걸쳐 볼륨 및 편광 불확도를 전파하여 통계적 및 체계적 오차 예산을 평가한다.
• 다양한 플레어 사건 동안의 Sgr A*의 시간 해상도 Ks 대역 광도 곡선을 사용하여 모델의 유효성을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NACO 기구에서 VLT에서 기구적 편광의 크기와 조준 위치 의존성은 어떠한가?
• RQ2 다른 보정 방법이 Sgr A*의 시간 해상도 관측에서 유도된 편광도 및 각도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 웨이브 플레이트 오프셋과 같은 체계적 보정 오류가 편광 측정의 신뢰성에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 새로운 편광 모델이 Sgr A* 플레어에서 편광도 정확도를 1% 이하, 편광 각도 정확도를 ≤5° 이내로 달성할 수 있는가?
• RQ5 특히 상대론적 핫스팟 모델링에 사용된 이전의 Sgr A* 편광 결과들이 향상된 보정 하에서도 통계적으로 견고한가?

주요 결과

• NACO에서 기구적 편광은 최대 4%에 이르며, 망원경의 조준 위치에 따라 크게 영향을 받는다.
• 2009년 가을 이전에 촬영된 NACO 데이터에서 λ/2 웨이브 플레이트의 기울어짐으로 인해 체계적 편광 각도 오프셋 13.2° ± 0.3° 가 확인되었다.
• 새로운 보정 모델을 통해 편광도 측정 정확도가 1% 이내이며, 편광도가 4% 이상일 경우 편광 각도 정확도가 ≤5° 이내로 향상된다.
• 총 Ks 대역 강도가 4 mJy 이상이고 편광 세기가 1 mJy 이상일 경우, 새로운 보정 방법은 통계적 불확도 범위 내에서 이전의 '부트스트랩' 방법과 구분되지 않는다.
• 향상된 모델은 이전에 보정 데이터를 사용하여 수행된 Sgr A* 플레어의 상대론적 모델링 결과가 여전히 유효하며, 새로운 보정에 의해 영향을 받지 않음을 확인한다.
• 향후 실시간 HWP 오프셋 보정 전략을 포함한 보정 전략은 편광 정확도를 수십 분의 일 퍼센트 수준으로 달성할 수 있다.