[论文解读] The CODEX-ESPRESSO experiment: Cosmic dynamics, fundamental physics, planets and much more...

S. Cristiani, G. Ávila+37 more|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2007

Astronomy and Astrophysical Research被引用 1

一句话总结

CODEX-ESPRESSO 实验提出在极大望远镜（E-ELT）上使用高分辨率、超高稳定性的光谱仪，直接测量宇宙膨胀速率的时间演化，从而在宇宙学、基础物理和系外行星探测方面实现突破。作为前期验证，ESPRESSO 仪器正在为甚大望远镜（VLT）开发，以验证关键技术与观测策略。

ABSTRACT

Summary. — CODEX, a high resolution, super-stable spectrograph to be fed by the E-ELT, the most powerful telescope ever conceived, will for the first time provide the possibility of directly measuring the change of the expansion rate of the Universe with time and much more, from the variability of fundamental constants to the search for other earths. A study for the implementation at the VLT of a precursor of CODEX, dubbed ESPRESSO, is presently carried out by a collaboration including ESO, IAC, INAF, IoA Cambridge and Observatoire de Genève. The present talk is focused on the cosmological aspects of the experiment.

研究动机与目标

• 通过直接测量哈勃参数的时间变化，实现对宇宙加速膨胀的直接检验。
• 研究基本物理常数在宇宙时间尺度上是否存在变化。
• 通过前所未有的高精度径向速度测量，搜寻类地系外行星。
• 通过在甚大望远镜（VLT）上部署 ESPRESSO 前置仪器，发展并验证仪器与观测技术。
• 利用对遥远类星体和恒星的高精度光谱观测，推进宇宙学约束。

提出的方法

• 将极大望远镜（E-ELT）作为主要集光装置，实现高throughput、高分辨率的光谱观测。
• 采用超高稳定性光谱仪设计，最大限度减少仪器漂移，实现亚米每秒量级的径向速度精度。
• 采用激光频率梳校准，实现绝对波长校准与长期稳定性。
• 观测高红移类星体，测量红移漂移，探究宇宙膨胀历史。
• 对太阳型恒星进行径向速度监测，以探测低质量、类地系外行星。
• 整合甚大望远镜（VLT）上 ESPRESSO 仪器的数据，以测试并优化观测流程与校准技术。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过高精度光谱学直接测量哈勃参数的时间变化？
• RQ2 精细结构常数等基本常数是否随宇宙时间而变化？
• RQ3 探测宜居带内地球质量系外行星所需的径向速度稳定性达到何种水平？
• RQ4 如何在长时间观测时标内维持仪器稳定性和校准精度？
• RQ5 VLT 上的 ESPRESSO 前置仪器在多大程度上可验证 CODEX 全系统在科学与技术上的可行性？

主要发现

• CODEX 将实现对哈勃参数时间导数的首次直接测量，为宇宙加速提供全新探测手段。
• 该仪器的超高稳定性设计与激光频率梳校准将实现亚米每秒量级的径向速度精度。
• ESPRESSO 作为前置仪器，有望验证全系统所需的关键校准与稳定性技术。
• 利用高红移类星体吸收线，可高灵敏度检验精细结构常数的变化。
• 该实验将显著提升对宜居带内地球质量系外行星的探测阈值。
• E-ELT 与 CODEX 的协同将开启宇宙学、基础物理与行星科学的新前沿。