[论文解读] 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. Eckart+10 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2010

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 43被引用 28

一句话总结

本文利用斯托克斯/穆勒形式理论，对甚大望远镜（VLT）上NACO仪器中的仪器偏振（IP）进行了详细建模，重点研究金属反射引起的偏振效应。结果表明，采用新校准方法后，偏振度测量精度可优于1%，偏振角不确定度≤5°（当偏振度≥4%时），证实了此前对Sgr A*的观测结果具有鲁棒性，尽管2009年秋季前的数据存在13.2°的偏振角偏差。

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.

研究动机与目标

• 表征甚大望远镜（VLT）NACO偏振仪在Ks波段的仪器偏振特性。
• 量化可能影响Sgr A*时间分辨偏振测量的系统性校准效应。
• 提升对Sgr A*等变源的高时间分辨率观测中偏振校准的精度。
• 解决2009年秋季前因波片位置已知偏差导致的偏振角校准差异问题。
• 验证尽管存在校准不确定性，此前关于Sgr A*的偏振测量结果在统计上依然稳健。

提出的方法

• 应用斯托克斯/穆勒形式理论，对NACO光路中金属反射引起的偏振效应进行建模。
• 利用标准星和明亮的银河系中心源进行校准，以约束仪器偏振模型。
• 模拟并比较两种校准方法：传统的“自举法”与新的、基于物理原理的模型。
• 利用该模型校正因λ/2波片相对于其标称位置发生错位而引起的13.2°偏振角偏差。
• 通过校准链路传播通量和偏振不确定性，以评估统计误差与系统误差预算。
• 利用多个耀发事件的时间分辨Ks波段光曲线对模型进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 NACO仪器在甚大望远镜上的仪器偏振幅度如何？其行为是否与望远镜指向位置密切相关？
• RQ2 不同校准方法如何影响Sgr A*时间分辨观测中得出的偏振度与偏振角？
• RQ3 系统性校准误差（如波片偏差）在多大程度上影响偏振测量的可靠性？
• RQ4 新偏振模型能否实现偏振度精度优于1%、偏振角精度≤5°（针对Sgr A*耀发）？
• RQ5 在改进校准后，此前发表的Sgr A*偏振结果（特别是用于相对论热点建模的结果）在统计上是否依然稳健？

主要发现

• NACO中的仪器偏振最大可达4%，且强烈依赖于望远镜的指向位置。
• 在2009年秋季前获取的NACO数据中，识别出因λ/2波片位置错位导致的系统性偏振角偏差，偏差值为$13.2^ ext{circ} \pm 0.3^ ext{circ}$。
• 新校准模型使偏振度测量精度优于1%，且当偏振度≥4%时，偏振角精度可达≤5°。
• 对于总Ks波段通量>4 mJy且偏振通量>1 mJy的情况，新校准方法的结果在统计不确定性范围内与以往的“自举法”结果无法区分。
• 改进后的模型证实，此前基于早期校准数据对Sgr A*耀发进行的相对论建模依然有效，且不受新校准的影响。
• 未来若采用实时HWP偏移补偿的校准策略，有望实现千分之几的偏振精度。