멀티유닛 분광탐사

Multi-unit spectroscopic explorer
"MUSE"의 다른 용도는 뮤즈(동음이의)를 참조하십시오.
VLTYepun에 탑재된 MUSE(UT4)

멀티유닛 분광탐사기(MUSE)는 유럽남부천문대(ESO)[1][2][3]의 초대형 망원경(VLT)에 설치된 일체형 필드 분광기이다.가시 파장 [1]범위에서 작동하며 넓은 시야와 미세한 공간 샘플링 및 넓은 동시 스펙트럼 범위를 결합합니다.적응광학이 [1]제공하는 향상된 공간 분해능을 활용하도록 설계되었습니다.MUSE는 2014년 [4]1월 31일에 VLT에 첫 선을 보였습니다.

배경

리옹 천문대의 MUSE:ESO 국장, 두 명의 지역 정치인, 대학 총장 및 기구 책임 조사관[5]

전통적으로 광학 영역의 천체 관측은 영상과 분광학으로 구분되어 왔다.전자는 넓은 시야를 커버할 수 있지만 파장 방향의 분해능은 매우 낮습니다.후자는 섬유 분광기의 경우 공간 분해능을 완전히 상실하는 경향이 있으며, 롱 슬릿 분광기의 경우 부분적으로는 공간 분해능을 상실하는 경향이 있으며, 최근 적분장 분광기의 경우 공간 분해능이 약하다.

MUSE는 높은 공간 분해능과 양호한 스펙트럼 커버리지를 제공함으로써 이러한 상황을 개선하기 위해 고안되었다.이 기구의 주요 조사관은 리옹 천체물리학 연구 센터(CRAL)의 롤랑 베이컨으로, 6개의 주요 유럽 연구소로 구성된 컨소시엄을 담당하고 있습니다. 리옹 천문대의 CRAL은 PI 연구소이며 대부분의 기구 제작을 주도했습니다.다른 관련 기관으로는 독일 천체물리학 연구소(IAG)와 라이프니츠 천체물리학 연구소(AIP), 네덜란드 천문 연구 학교(NOVA), 천문 연구소(IRAP), 프랑스 ETH가 있다.

프로젝트의 시작은 2005년 1월 18일이며, 최종 설계 검토는 2009년 3월입니다.이 계측기는 2013년 9월 10일 유럽에서 최종 승인되었으며, 2014년 1월 19일 네 번째 VLT 유닛 망원경의 Nasmyth 플랫폼에 장착되었고 2014년 1월 31일 첫 빛을 보았다.

과학적 목표

MUSE가 구상성단 NGC 2808을 어떻게 볼 것인지에 대한 시뮬레이션입니다.이 색상 이미지는 먼저 구상 성단의 시뮬레이션된 MUSE 관찰을 만든 다음 이 데이터 큐브에서 세 개의 스펙트럼 영역을 추출하여 생성되었습니다.따라서 이 이미지의 각 소스에는 사실상 전체 스펙트럼이 있습니다.

항성과 분해된 항성종족

MUSE는 구상 성단이나 행성상 성운과 같은 우리 은하에 있는 많은 매력적인 천체들과 잘 일치하는 시야를 가지고 있습니다.높은 공간 분해능과 표본 추출을 통해 MUSE는 구상 성단과 같은 밀도가 높은 영역에서 한 번에 수천 개의 별의 스펙트럼을 동시에 관찰할 수 있다.이온화된 가스와 별이 혼합된 별 형성 영역에서 MUSE는 이 영역의 별과 성운 함량에 대한 정보를 제공합니다.

라이만 알파 방출체

MUSE 설계의 핵심 목표는 z > 6의 적색편이에 가까운 정상 은하의 조상들을 연구할 수 있는 것이었다.이러한 근원은 매우 희미할 수 있으며, 이 경우 Lyman-alpha 방출선의 방출을 통해서만 검출될 수 있습니다. 이러한 은하는 종종 Lyman-alpha 방출체로 불립니다.

이러한 소스를 조사하는 일반적인 방법은 협대역 [7]이미징을 사용하는 것이지만, 이 기술은 필터 폭에 따라 설정된 매우 좁은 적색 편이 범위만 한 번에 조사할 수 있습니다.또한 이 방법은 필터의 폭이 방사선의 일반적인 폭보다 넓기 때문에 직접 스펙트럼 분석 연구만큼 민감하지 않습니다.

MUSE는 시야가 1'x1'인 분광기이므로, 동시에 적색 편이(lyman-alpha의 경우 z = 2.9–6.65)의 광범위한 방출선 선원을 탐색하는 데 사용할 수 있다.기기는 최대 100시간의 노출에 사용될 것으로 예상되며, 이 경우 현재의 협대역 영상 조사보다 희미한 크기인 3x10−19 erg/s/cm의2 제한 플럭스에 도달해야 한다.

MUSE가 이상한 은하 NGC 4650A를[8] 보고 있다.

은하 진화

MUSE는 372.7nm의 금지된 방출선이 분광기의 빨간색 끝에서 사라지게 되면, 가까운 우주에서 온 은하들의 동적 특성을 연구하기 위한 강력한 도구가 될 것입니다.

적색편이 낮을 때 MUSE는 모든 은하 유형의 운동학 및 항성 집단에 대한 2차원 지도를 제공합니다.그것은 윌리엄 허셜 망원경의 SAURON 기기로 이루어진 과학을 더 큰 반지름과 더 먼 은하까지 확장시킬 것입니다.좁은 영역 모드를 사용하면 MUSE는 거대 은하 중심에 있는 초거대 블랙홀 주변을 확대할 수 있습니다.이것은 천문학자들이 두 블랙홀이 합쳐져서 더 큰 최종 생성물을 형성하고 동시에 은하 중심부의 항성 궤도를 교란시키는 병합 과정을 통해 이 거인들이 형성되는 과정을 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

적색편이 높으면 MUSE는 은하 내 금속 분포 지도를 구성하는 동시에 이러한 물체의 동적 구조에 제약을 가할 수 있는 힘을 제공합니다.넓은 시야에서 이 정보를 환경 정보와 결합하면(1 아크분은 0.7의 적색편이로 430 킬로 파섹에 해당) 은하들의 특성이 매우 강력하고 대부분 새로운 방식으로 환경에 의해 어떻게 영향을 받는지 연구할 수 있을 것입니다.

좁은 필드 모드의 과학

또한 MUSE는 7.5x7.5 아크초의 시야와 750 nm에서 0.042 아크초의 공간 분해능으로 높은 공간 분해능 모드를 갖습니다.이 모드의 주된 과학적 용도는 가까운 은하에 있는 초대질량 블랙홀 주변 환경과 같은 보다 가까운 시스템을 자세히 연구하는 것입니다.특히, 처녀자리 은하단과 머리털 은하단에 있는 가장 무거운 은하에 있는 블랙홀의 영향 범위를 해결하는 것이 가능할 것입니다.

MUSE는 집 근처 별 형성 지역과 다양한 태양계 천체들의 표면을 연구할 수 있을 것이다.예를 들어 Io에 대한 화산 활동의 스펙트럼 분석 모니터링 연구와 타이탄 대기의 스펙트럼 분석 연구를 수행하는 데 사용할 수 있다.

테크니컬

MUSE [9]계측기의 24개 분광기를 둘러싼 복잡한 파이프 네트워크.
계측기 특성
와이드 필드 모드
시야 1 x 1 아크민
공간 샘플링 0.2 x 0.2 아크초
0.75μm에서의 공간 분해능(중간선 참조) 0.46 아크초(AO)
0.65 arcsec (AO 이외)
AO를 통한 스카이 커버리지 은하 극의 70%
은하 적도에서 99%
매그니튜드 제한(80시간) IAB = 25.0 (최대 해상도)
IAB = 26.7(R=180 분해능 저하)
80시간 내 플럭스 제한 3.9 x 10−19 erg/s/cm2
좁은 필드 모드
시야 7.5 x 7.5 아크초
공간 샘플링 0.025 x 0.025 아크초
0.75μm에서의 공간 분해능(중간선 참조) 0.042 아크초
스트렐비 0.75μm 5%(10% 목표)
1시간 이내 규모 제한 RAB = 22.3
1시간 내 플럭스 제한 2.3 x 10−18 erg/s/cm2
표면 밝기를 1시간(mag)으로 제한 RAB=17.3 아크초−2
출처:[citation needed]

계측기의 과학적 목적을 충족하기 위해 MUSE는 다음과 같은 다양한 요구 사항을 충족해야 했습니다.

  • 계측기의 throughput이 높아야 합니다.
  • 매우 긴 통합을 수행할 수 있으므로 계측기가 매우 안정적이어야 합니다.
  • 적응형 광학 장치와 함께 기기는 천구 전체에서 제한된 시야를 통해 관찰하는 것에 비해 공간 분해능을 높일 수 있어야 합니다.
  • 넓은 시야를 확보하여 설문조사를 실시할 수 있습니다.
  • 비용 절감을 위한 효율적인 생산, 볼륨 및 대량 제약에 맞는 효율적인 설계.

후자의 2개의 포인트를 달성하기 위해서, 스펙트럼 그래프는 24개의 동일한 적분 필드 유닛(IFU)으로 구성되어 있기 때문에, 레플리케이션에 의한 코스트를 삭감할 수 있습니다.이러한 장치들은 각각 뛰어난 영상 품질을 가지고 있으며 기기 계획의 빛은 영상 슬라이서를 사용하여 슬라이스업되어 개별 IFU로 전송됩니다.

분광기 설계는 MUSE의 스펙트럼 대역폭에 걸쳐 우수한 영상 품질을 달성했으며 검출기의 기울기가 축 색도를 보상했다.이러한 설계로 CaF와2 같은 고가의 광학 소재가 필요하지 않아 전체 비용을 절감할 수 있습니다.

스루풋은 높은 양자 효율의 CCD를 사용하여 높은 상태를 유지합니다.또한 고투과 부피상 홀로그래픽 그레이팅이라는 하나의 그레이팅만 있습니다.이를 통해 700-800nm 부근에서 50% 이상에 도달하고 계측기의 거의 전체 파장 범위에서 40%를 초과하는 처리량을 얻을 수 있습니다.

전체 계측기의 무게는 8톤에 가까우며 기본적으로 Nasmyth 플랫폼의 부피인 50m를3 채웁니다.단, 모듈러 설계로 인해 유지보수 또는 수리를 위해 24개의 IFU를 각각 분리할 수 있습니다.이를 위해 특수 크래들은 IFU를 안전하게 분리 및 삽입하도록 설계되었습니다.

적응형 광학 인터페이스

MUSE/GALACSI 협소 필드 모드 적응형 [10]광학 장치를 갖춘 VLT의 해왕성.

천구 전체에서 필요한 공간 분해능을 높이기 위해 MUSE는 VLT에서 UT4의 적응형 광학[12] 설비의 일부인 GALACSI[11] 인터페이스를 사용합니다.모든 적응형 광학(AO) 구성요소는 Nasmyth 데로테이터에 장착되며 도량형 시스템을 사용하여 AO 시스템과 MUSE의 정렬을 보장합니다.MUSE는 Nasmyth 플랫폼에 있기 때문에 필요합니다.

AO 시스템으로 무장한 MUSE는 와이드 필드 모드의 1'x1' 시야에서 0.46초, 즉 적색 편이 > 3의 중간 공간 분해능을 달성할 것으로 예상된다.협장 모드에서 공간 분해능은 750nm에서 0.042초에 도달해야 하며, 이는 처녀자리 은하단 거리에서 최대 3pc 분해능에 해당합니다.

데이터 레이트와 관리

MUSE를 사용한 각 노출은 24개의 IFU에서 각각 35MB의 데이터가 포함된 데이터 파일을 반환합니다. 따라서 원시 데이터 파일의 총 크기는 0.84GB입니다.데이터 감소 후 데이터가 부동소수점 값으로 변환되고 오류 추정 큐브가 생성되므로 노출당 총 3.2GB로 확장됩니다.즉, 짧은 노출에 의존하는 관찰 결과, 매우 큰 데이터 세트를 생성할 수 있으며, 하룻밤에 100GB의 상당히 복잡한 데이터를 쉽게 생성할 수 있습니다.

운영 및 결과

MUSE 분광기로 [13]심층 관찰.

[신규 갱신]

갤러리

  • 이 비디오 시퀀스는 위성 유로파와 그 그림자가 지나가는 동안 목성의 여러 개별 MUSE 관측을 통해 만들어졌습니다.

  • 이 뷰는 이 계측기가 오리온 성운을 어떻게 입체적으로 볼 수 있는지를 보여줍니다.

  • 이 시각은 이 기구가 어떻게 멀리 있는 은하를 입체적으로 보여주는지를 보여준다.

  • 이 보기는 계측기가 NGC 4650A를 3차원으로 보는 방법을 보여줍니다.

  • 계측기가 NGC 4650A를 3차원으로 보는 방법에 대한 또 다른 보기입니다.

  • 이 그림은 거대한 노마 은하단에 떨어져 가스가 제거되는 ESO 137-001을 MUSE가 어떻게 입체적으로 묘사하는지를 보여줍니다.

레퍼런스

  1. ^ a b c "ESO - Overview".
  2. ^ ESO의 MUSE 기기 개발 페이지.
  3. ^ "Highlights from the Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE)". doi:10.1117/2.3201407.15. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  4. ^ 초광용 MUSE 블로그 엔트리 2014-02-02 Wayback Machine에서 보관
  5. ^ "A MUSE for ESO's Very Large Telescope". ESO Announcement. Retrieved 12 September 2013.
  6. ^ ESO의 MUSE용 웹 페이지
  7. ^ 카시카와 외(2006) "스바루 딥필드의 z = 6.5에서 Lyα 방출자에 의해 프로빙된 재이온화 시대의 종말"
  8. ^ "First Light for MUSE". ESO. Retrieved 12 March 2014.
  9. ^ "MUSE: New Free Film about ESO's Cosmic Time Machine". www.eso.org. Retrieved 11 May 2017.
  10. ^ "Supersharp Images from New VLT Adaptive Optics". www.eso.org. 18 July 2018. Retrieved 18 July 2018.
  11. ^ "Eso - Galacsi".
  12. ^ "ESO - AO Instruments".
  13. ^ "A Universe Aglow - MUSE spectrograph reveals that nearly the entire sky in the early Universe is glowing with Lyman-alpha emission". www.eso.org. Retrieved 1 October 2018.

외부 링크