新仪器通过了重要的测试里程碑,可以一次捕捉来自多颗恒星的光

图 1. 观测 NGC 1980 场的结果。这是光谱仪模块 1 的红色相机曝光 300 秒后经过 ISR(仪器特征去除)处理的、未减去天空的 CCD 图像,清楚地显示了来自恒星上和通过光纤的光谱数量。 学分:PFS 项目

通过成功获取目标恒星的光谱,开发 Prime Focus Spectrograph (PFS) 的国际合作标志着一个重要的测试里程碑。

PFS 将安装在夏威夷莫纳克亚山顶的 8.2m 斯巴鲁望远镜上。 完成后,该仪器将使用约 2,400 根光纤同时曝光夜空中的大量天体,例如恒星和星系,并将它们的光分解成各种波长。 由此产生的数据集被称为“光谱”,它告诉研究人员天体的各种细节,包括它的运动、物理参数和年龄。

使用 PFS,研究人员将能够发现只能通过光谱而不是在图像中直观看到的信息。 该团队自 2018 年以来一直在进行望远镜测试,但最重要的是他们最新的测试,即在 PFS 上捕捉来自天体的光。

今年 9 月下旬,该团队在斯巴鲁望远镜上进行了工程观测,并在那里进行了光栅扫描。 这些扫描允许研究人员测试他们的仪器与他们应该捕捉的物体的对齐程度。 纤维被设置在研究人员认为目标物体应该存在于主聚焦仪器 (PFI) 焦平面上的位置,然后望远镜在天空上的网格图案上抖动,并在每个抖动位置拍摄光谱仪曝光。 这使团队能够测量实际光纤位置和实际目标位置之间的差异。


图 2. 这是对 NGC 1980 场进行光栅扫描的结果。该图像显示了视场上的 3×3 数据阵列的集合,每个阵列表明有多少光进入了观察到一颗明亮恒星的每根光纤。 较亮的颜色被分配给通过光纤检测到更多来自恒星的光的数据点。 大多数情况下,最亮的数据点出现在 3×3 阵列的中心附近,这意味着光纤在焦平面上的位置与恒星的位置相当准确。 学分:PFS 项目

在开始获取数据后,该团队继续在许多明亮的恒星上获取更多的光栅扫描数据集,以修复错误并应用可能的优化,直到最终他们对仪器能够将光纤非常准确地放置在目标上感到满意。

“团队再次付出了巨大的努力。今年 9 月的运行是最近才安排的,但他们有效地重新优化了优先级和计划,并及时完成了硬件和软件方面的要求。而且运行确实成功且富有成效。我非常喜欢感谢这些,我为团队成员感到非常自豪,”PFS 项目经理和 Kavli 宇宙物理和数学研究所副教授 Naoyuki Tamura 说。

田村表示,这一里程碑仍然是具有特定光纤配置的单一领域的成果。 与恒星的光纤排列尚未达到令人满意的水平。

“但这显然是一个非常令人鼓舞的成就。基于我们已经能够使用 PFS 从目标物体捕获恒星光这一事实,我会宣布该团队已经实现了工程第一光并进入了仪器的下一个阶段调试,”田村说。

Prime Focus Spectrograph 通过了重要的测试里程碑,可以一次捕捉来自多颗恒星的光
图 3. PFS 仪器示意图。 图片来源:PFS 项目/Kavli IPMU/NAOJ

“虽然PFS承载了大约2400根光纤,但是光纤在PFS视场中所占总面积的比例只有0.01%左右(1/10,000)。也就是说,即使我们用PFS盲目地观察天空,光纤无法捕捉到来自天空物体(恒星和星系)的光。这正好可以有效地观察宇宙中的微弱物体。Naoyuki 领导的 PFS 团队成功地准确确定了光纤位置与位置之间的关系此次委托观测的成功,是朝着最终目标迈出的一大步” PFS 项目科学家和 Kavli IPMU 教授 Masahiro Takada 说。

“看到我们可以在光谱仪中捕捉星光真是令人兴奋。它为我们了解恒星和星系是怎样形成的、为什么今天的宇宙正在老化、暗物质是什么以及在哪里宇宙正在前进。这一里程碑标志着我们团队所做的大量工作。这得益于喷气推进实验室和加州理工学院开发的光纤定位器、约翰霍普金斯、普林斯顿和 LAM 开发的相机和光谱仪、光纤PFS 首席研究员兼 Kavli IPMU 教授 Hitoshi Murayama 说:“巴西团队和台湾 ASIAA 的 Prime Focus Instrument。我不能再感谢团队中的每个人了。

“对于我们这些计划未来科学与 PFS 的人来说,看到由单个光纤收集并通过光谱仪传输到探测器的来自天体物理物体的实际光子,这确实是一种激励,这是一个非凡的仪器和一个集成的结果。强大的望远镜。我们非常感谢仪器团队令人难以置信的努力,”PFS 星系演化工作组联合主席和 Kavli IPMU 副教授 John Silverman 说。

团队在这次观察中获得的数据将继续被仔细分析和讨论。

在运往斯巴鲁望远镜之前,美国、法国、巴西和台湾的合作机构已经并且仍在建造、组装和测试 PFS 的子组件和子系统。 计划于 2024 年左右开始运营。