[论文解读] UVES radial velocity accuracy from asteroid observations. Implications for the fine structure constant variability

P. Molaro, S. A. Levshakov+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 37

一句话总结

本研究利用甚大望远镜（VLT）上的UVES光谱仪对小行星Iris和Juno进行高精度径向速度测量，以评估仪器稳定性和径向速度精度。结果表明，在约30 m s⁻¹以内，未发现显著的波长依赖性漂移或双臂间偏移，说明报告的Fe ii谱线在蓝臂与红臂之间存在-180 ± 85 m s⁻¹的径向速度差异（暗示精细结构常数可能发生变化）更可能反映真实信号，或由非由狭缝照明不均或光学对准偏差引起的系统误差。

ABSTRACT

High resolution observations of the asteroids Iris and Juno have been performed by means of the UVES spectrograph at the ESO VLT to obtain the effective accurac y of the spectrograph's radial velocity. The knowledge of this quantity has impo rtant bearings on studies searching for a variability of the fine structure cons tant carried on with this instrument. Asteroids provide a precise radial velocit y reference at the level of 1 m/s which allows instrumental calibration and the recognition of small instrumental drifts and calibration systematics. In particu lar, radial velocity drifts due to non uniform slit illumination and slit optica l misalignment in the two UVES spectrograph arms can be investigated. The positi on of the solar spectrum reflected by the asteroids are compared with the solar wavelength positions or with that of asteroid observations at other epochs or wi th the twilight to asses UVES instrumental accuracy . Radial velocities offsets in the range 10--50 m/s are generally observed likely due to a non uniform slit illumination. However, no radial velocity patterns with wavelength are detected and the two UVES arms provide consistent radial velocities. These results suggest that the detected alpha variability by Levshakov et al. (2007) deduced from a drift of -180 (+/- 85) m/s at z =1.84, between two sets of FeII lines falling in the two UVES arms may be real or induced by other kinds of systematics than those investigated here. The proposed technique allows real time quality check of the spectrograph and should be followed for very accurate measurements.

研究动机与目标

• 使用小行星作为稳定的径向速度标准，评估甚大望远镜（VLT）上UVES光谱仪的径向速度精度。
• 研究UVES蓝臂与红臂中可能存在的仪器系统误差，如狭缝照明不均匀和光学对准偏差。
• 评估UVES双臂间观测到的径向速度差异是否可能导致报告的Fe ii谱线在蓝臂与红臂之间出现-180 ± 85 m s⁻¹的偏移，该偏移暗示精细结构常数可能发生变化。
• 为观测期间光谱仪性能提供一种实时质量控制方法。

提出的方法

• 在分光模式下利用UVES对小行星Iris和Juno的光谱进行观测，以比较蓝臂与红臂之间的径向速度。
• 将观测到的谱线位置与太阳参考波长进行比较，同时考虑太阳对流引起的位移，以评估仪器的径向速度偏移。
• 通过多次观测的跨 epoch 比较，检测长期仪器漂移。
• 测试了黄昏光谱作为潜在参考，但因大气湍流和运动引起的位移而被拒绝。
• 对多个观测中的径向速度偏移进行统计分析，不确定性由光子噪声估算。
• 分析重点在于识别是否存在超过10 m s⁻¹校准极限的波长依赖性畸变或双臂间偏移。

实验结果

研究问题

• RQ1 报告的UVES光谱仪蓝臂与红臂之间Fe ii谱线-180 ± 85 m s⁻¹的径向速度差异是否由非均匀狭缝照明或光学对准偏差等仪器系统误差引起？
• RQ2 小行星观测能否作为UVES径向速度精度的可靠实时校准标准？
• RQ3 UVES波长解中是否存在可能模拟精细结构常数变化的波长依赖性畸变？
• RQ4 由于温度或气压等环境因素变化，校准与科学曝光之间是否会发生仪器漂移或位移？
• RQ5 黄昏光谱能否用作高精度光谱学中径向速度校准的稳定参考？

主要发现

• UVES波长解中未检测到显著的波长依赖性漂移，残差低于30 m s⁻¹，与仪器校准精度一致。
• UVES双臂之间的径向速度在30 m s⁻¹以内保持一致，表明未检测到由光学对准偏差引起的双臂间偏移。
• 观测到10–50 m s⁻¹的径向速度偏移，可能源于狭缝照明不均，但这些偏移稳定且无波长依赖性。
• 观测到的Fe ii谱线在不同臂之间-180 ± 85 m s⁻¹的偏移不太可能由狭缝照明或光学对准偏差系统误差引起。
• 由于大气湍流和运动引起的位移，黄昏光谱被证明不适合作为径向速度参考。
• 小行星观测技术被验证为一种可靠、实时的光谱仪性能监测方法，可用于检测仪器漂移。