Многоблочный спектроскопический исследователь
Multi -Unit Spectroscope Explorer ( MUSE ) — это интегральный полевой спектрограф , установленный на Очень Большом Телескопе (VLT) Европейской Южной Обсерватории (ESO). [1] [2] [3] Он работает в видимом диапазоне длин волн, [1] и сочетает в себе широкое поле зрения с высоким пространственным разрешением и большим одновременным спектральным диапазоном (480-930 нм). [4] Он специально разработан для использования преимуществ улучшенного пространственного разрешения, обеспечиваемого адаптивной оптикой , обеспечивая производительность , ограниченную дифракцией, в определенных конфигурациях. [1] MUSE впервые увидела свет на телескопе Unit Telescope 4 (UT4) VLT 31 января 2014 года. [5]
Фон
[ редактировать ]
Традиционно астрономические наблюдения в оптической области разделяют на визуализацию и спектроскопию. Первый может охватывать широкое поле зрения, но за счет очень грубого разрешения в направлении длины волны. Последний имел тенденцию либо терять пространственное разрешение — полностью в случае волоконных спектрографов и частично в случае спектрографов с длинной щелью — или иметь только грубую пространственную разрешающую способность в случае последних спектрографов интегрального поля .
MUSE был разработан, чтобы улучшить эту ситуацию, обеспечивая как высокое пространственное разрешение, так и хороший спектральный охват. Главным исследователем инструмента является Роланд Бэкон из Лионского центра астрофизических исследований (CRAL), отвечающий за консорциум, состоящий из шести крупных европейских институтов: CRAL в Лионской обсерватории - это институт PI, который руководил созданием большей части инструмента. Другие участвующие институты включают Немецкий институт астрофизики в Геттингене (IAG) и Институт астрофизики Лейбница в Потсдаме (AIP), Нидерландскую исследовательскую школу астрономии (NOVA), Научно-исследовательский институт астрофизики и планетологии (IRAP), Франция, ETH Zürich. , Швейцария, а также Европейская южная обсерватория (ESO).
Начало проекта было 18 января 2005 г., а окончательная проверка конструкции состоялась в марте 2009 г. Прибор прошел окончательную приемку в Европе 10 сентября 2013 г. [7] MUSE была установлена на платформе Нэсмита четвертого телескопа VLT Unit 19 января 2014 года и увидела первый свет 31 января 2014 года.
Научные цели
[ редактировать ]
Звезды и решенное звездное население
[ редактировать ]Поле зрения MUSE хорошо соответствует ряду объектов Млечного Пути , таким как шаровые скопления и планетарные туманности . Высокое пространственное разрешение и выборка позволят MUSE одновременно наблюдать спектры тысяч звезд за один снимок в плотных регионах, таких как шаровые скопления. В регионах звездообразования, содержащих смесь ионизированного газа и звезд, MUSE предоставит информацию как о звездном, так и о небулярном составе в этом регионе.
Излучатели Лайман-альфа
[ редактировать ]Основная цель создания MUSE заключалась в том, чтобы иметь возможность изучать прародителей нормальных близких галактик до красных смещений z > 6. Эти источники могут быть чрезвычайно слабыми, и в этом случае их можно обнаружить только с помощью излучения в Лайман- альфа-эмиссионной линии , такие галактики часто называют Лайман-альфа-излучателями .
Распространенным способом изучения таких источников является использование узкополосной визуализации. [8] но этот метод может одновременно исследовать только очень узкий диапазон красного смещения, определяемый шириной фильтра. Кроме того, этот метод не так чувствителен, как прямые спектроскопические исследования, поскольку ширина фильтра шире типичной ширины эмиссионной линии.
Поскольку MUSE представляет собой спектрограф с полем зрения 1х1 фут, его можно использовать для одновременного поиска источников эмиссионных линий в широком диапазоне красного смещения (z = 2,9–6,65 для Лайман-альфа). Ожидается, что прибор будет использоваться для выдержек до 100 часов, при этом он должен достичь предельного потока 3х10 −19 эрг/с/см 2 что на порядок слабее, чем нынешние узкополосные исследования.
Эволюция галактики
[ редактировать ]MUSE станет мощным инструментом для изучения динамических свойств галактик из ближайшей Вселенной, по крайней мере, до красного смещения 1,4, после чего запрещенная эмиссионная линия [O II] на длине волны 372,7 нм исчезает за красным концом спектрографа.
При низком красном смещении MUSE предоставит двумерные карты кинематики и звездного населения во всех типах галактик. Он будет основываться на научных исследованиях, полученных с помощью инструмента SAURON на телескопе Уильяма Гершеля , и расширять их, распространяя их как на большие радиусы, так и на более далекие галактики. В режиме узкого поля зрения MUSE сможет увеличить область вокруг сверхмассивной черной дыры в центре массивной галактики. Есть надежда, что это поможет астрономам понять процесс формирования этих гигантов – вероятно, посредством процесса слияния, при котором две черные дыры сливаются, образуя более массивный конечный продукт и в то же время нарушая звездные орбиты в центре галактики.
При более высоком красном смещении MUSE позволит строить карты распределения металлов в галактиках и в то же время налагать ограничения на динамическую структуру этих объектов. Объединив это с информацией об окружающей среде благодаря широкому полю зрения (1 угловая минута соответствует 430 килопарсекам при красном смещении 0,7), можно будет изучить, как на свойства галактик влияет среда, в которой они находятся, в очень мощном поле зрения. , и в основном новым, способом.
Наука в режиме узкого поля
[ редактировать ]MUSE также будет иметь режим высокого пространственного разрешения с полем зрения 7,5x7,5 угловых секунд и пространственным разрешением 0,042 угловых секунды на длине волны 750 нм. Основное научное применение этого режима — детальное изучение более близких систем, таких как среда вокруг сверхмассивных черных дыр в близлежащих галактиках. В частности, можно будет распределить сферу влияния черных дыр в наиболее массивных галактиках на скопление Девы , а для наиболее массивных галактик — также на скопление галактик Кома .
Ближе к дому MUSE сможет изучать струи в близлежащих регионах звездообразования и поверхности ряда объектов Солнечной системы. Это, например, может быть использовано для проведения спектроскопического мониторинга вулканической активности на Ио и спектроскопических исследований атмосферы Титана .
Технический
[ редактировать ]
| Широкоугольный режим | |
|---|---|
| Поле зрения | 1 х 1 угловая минута |
| Пространственная выборка | 0,2 х 0,2 угловой секунды |
| Пространственное разрешение при 0,75 мкм (среднее изображение) | 0,46 угловой секунды (АО) 0,65 угловой секунды (не АО) |
| Покрытие неба с АО | 70% на полюсе Галактики 99% на галактическом экваторе |
| Предельная величина через 80 часов | I AB = 25,0 (полное разрешение) I AB = 26,7 (разрешение ухудшилось при R=180) |
| Ограничение потока через 80 часов | 3,9 х 10 −19 эрг/с/см 2 |
| Режим узкого поля | |
| Поле зрения | 7,5 х 7,5 угловых секунд |
| Пространственная выборка | 0,025 x 0,025 угловых секунд |
| Пространственное разрешение при 0,75 мкм (среднее изображение) | 0,042 угловой секунды |
| Коэффициент Штреля при 0,75 мкм | 5% (цель 10%) |
| Предельная величина за 1 час | Р АБ = 22,3 |
| Ограничение потока за 1 час | 2,3 х 10 −18 эрг/с/см 2 |
| Ограничить яркость поверхности через 1 час (маг) | Р АБ =17,3 угловых секунд −2 |
| Источник : [ нужна ссылка ] | |
Для достижения научных целей прибора MUSE пришлось выполнить ряд требований:
- Прибор должен иметь высокую пропускную способность.
- Возможность выполнения очень длительных интеграций, поэтому инструмент должен быть очень стабильным.
- В сочетании с адаптивной оптикой инструмент должен позволить повысить пространственное разрешение по сравнению с возможностью наблюдения ограниченных наблюдений в поле зрения небесной сферы.
- Широкое поле зрения, позволяющее выполнять съемку
- Эффективное производство для снижения затрат и эффективный дизайн, соответствующий ограничениям по объему и массе.
Для достижения последних двух пунктов спектрограф состоит из 24 идентичных интегральных полевых блоков (IFU), что снижает затраты за счет репликации. Каждый из них имеет превосходное качество изображения, а свет в плане прибора разделяется и отправляется на отдельные IFU с помощью слайсера изображения .
Конструкция спектрографа позволила добиться превосходного качества изображения во всем спектральном диапазоне MUSE, а наклон детектора компенсирует осевой хроматизм . При такой конструкции не требуются дорогие оптические материалы, такие как CaF 2 , что снижает общую стоимость.
Пропускная способность поддерживается на высоком уровне за счет использования ПЗС-матриц с высокой квантовой эффективностью . Также имеется только одна решетка — фазовая голографическая решетка с большим объемом пропускания . Это дало пропускную способность, которая достигает пика выше 50% в районе 700-800 нм и превышает 40% почти во всем диапазоне длин волн прибора.
Полный инструмент весит около восьми тонн и практически заполняет объем платформы Нэсмит в 50 м. 3 . Но благодаря модульной конструкции каждый из 24 IFU можно снять для обслуживания или ремонта — для этого была разработана специальная подставка для безопасного извлечения и установки IFU.
Интерфейс адаптивной оптики
[ редактировать ]
Чтобы добиться необходимого повышения пространственного разрешения по всей небесной сфере, MUSE использует GALACSI. [12] интерфейс, который является частью Adaptive Optics Facility [13] на УТ4 в ВЛТ. Все компоненты адаптивной оптики (АО) установлены в деротаторе Нэсмита, а для обеспечения согласования системы АО с MUSE используется метрологическая система. Это необходимо, поскольку MUSE находится на платформе Nasmyth.
Ожидается, что, вооружившись системой АО, MUSE достигнет среднего пространственного разрешения 0,46 угловых секунд, или ~3 кпк при красном смещении >3, в поле зрения 1х1 фут в широкоугольном режиме. В режиме узкого поля пространственное разрешение должно достигать 0,042 угловых секунд на длине волны 750 нм, что соответствует разрешению ~3 пк на расстоянии в Деве скопления галактик .
Скорость передачи данных и управление
[ редактировать ]Каждое воздействие с помощью MUSE возвращает файл данных с данными из 24 IFU по 35 МБ каждый — таким образом, общий размер необработанного файла данных составляет 0,84 ГБ. После сокращения данных общий объем увеличится до 3,2 ГБ на одно воздействие, поскольку данные преобразуются в значения с плавающей запятой и создается куб оценки ошибок. Это означает, что наблюдения, основанные на множестве коротких экспозиций, могут давать очень большие наборы данных — легко производя 100 ГБ за ночь довольно сложных данных.
Операция и результаты
[ редактировать ]
[ нужно обновить ]
![[икона]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Wiki_letter_w_cropped.svg/20px-Wiki_letter_w_cropped.svg.png){kind=small} | Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( ноябрь 2021 г. ) |
Галерея
[ редактировать ]- Этот видеоряд был создан на основе множества отдельных наблюдений MUSE планеты Юпитер во время прохождения луны Европы и ее тени.
- На этом снимке показано, как инструмент дает трехмерное изображение туманности Ориона.
- На этом изображении показано, как инструмент дает трехмерное изображение далекой галактики.
- На этом изображении показано, как инструмент дает трехмерное изображение NGC 4650A.
- Еще один взгляд на то, как инструмент дает трехмерное изображение NGC 4650A.
- На этом снимке показано, как MUSE дает трехмерное изображение галактики ESO 137-001, когда она падает в обширное скопление галактик Норма и лишается газа.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с «ESO – Обзор» .
- ^ Страница разработки инструментов MUSE в ESO.
- ^ «Основные данные многоблочного спектроскопического обозревателя (MUSE)». дои : 10.1117/2.3201407.15 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «ESO – Описание прибора» . www.eso.org . Проверено 31 августа 2023 г.
- ^ Запись в блоге MUSE о первом свете. Архивировано 2 февраля 2014 г. на Wayback Machine.
- ^ «МУЗА для Очень Большого Телескопа ESO» . Объявление ESO . Проверено 12 сентября 2013 г.
- ^ Веб-страница ESO, посвященная MUSE.
- ^ Касикава и др. (2006) «Конец эпохи реионизации, исследованный излучателями Lyα на z = 6,5 в глубоком поле Subaru»
- ^ «Первый свет для MUSE» . ЭСО . Проверено 12 марта 2014 г.
- ^ «MUSE: Новый бесплатный фильм о космической машине времени ESO» . www.eso.org . Проверено 11 мая 2017 г.
- ^ «Сверхчеткие изображения благодаря новой адаптивной оптике VLT» . www.eso.org . 18 июля 2018 года . Проверено 18 июля 2018 г.
- ^ «Эсо-Галачи» .
- ^ «ЭСО – АО Инструментс» .
- ^ «Спектрограф «Свечение Вселенной» — MUSE показывает, что почти все небо в ранней Вселенной светится излучением Лайман-альфа» . www.eso.org . Проверено 1 октября 2018 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
| Удобства |  | |
|---|---|---|
| Телескопы | ||
| Телескоп инструменты | ||
| Разное | ||
