WMケック天文台の補償光学システムが赤外線で「見る」にアップグレードされました

WMケック天文台の補償光学システムが赤外線で「見る」にアップグレードされました
2020年9月28日投稿
主鏡の36個の六角形のセグメントを示すケックII望遠鏡。中央タワーの折り返しミラーは、右側のエンクロージャー内に収容されているAOシステムに光を送ります。
クレジット：Andrew Cooper
ハワイ州マウナケア– WMケック天文台は、肉眼では見えない波長の宇宙物体からの光を使用して補償光学（AO）補正を提供できるようになりました。近赤外線AO波面センシングは、可視光でのセンシングに加えて、革新的な赤外線ピラミッド波面センサーの設置を含む主要なアップグレードのおかげで、KeckII望遠鏡の新機能です。
プロジェクトの詳細を説明する論文は、Journal of Astronomica l Telescopes、Instruments、andSystemsに掲載されています。
「これは、科学的に使用できる最初の赤外線ピラミッド波面センサーです。ほとんどの天文台は、可視波長のシャックハルトマンまたはピラミッド波面センサーを使用しています」と、ケック天文台の技術開発責任者であり、このプロジェクトの主任研究員であるピーターウィジノウィッチは述べています。
赤外線にピラミッド波面センサーを追加すると、太陽系外惑星や惑星形成が一般的に発生する若い矮星など、より涼しくて見えにくい天体を直接イメージングして検出するのに非常に役立ちます。
「これは、ケックのAOシステムに暗視ゴーグルを追加するようなものです」と、プロジェクト開発チームを率いたポスドクのAO科学者である筆頭著者のシャーロットボンドは述べています。「赤外線ピラミッド波面センサーは、より涼しく、赤い星を周回したり、ほこりに覆われたりして、可視波長では暗くなりますが、赤外線では比較的明るいと予想される太陽系外惑星の研究に特に適しています。」
AOテクノロジーは、地球の大気の乱気流によって引き起こされるぼやけの影響を取り除き、宇宙のより鮮明なビューをもたらします。この手法は、基準点として、対象のオブジェクトの近くにある、実際の星またはレーザーによって作成された人工星のいずれかの星に依存しています。波面センサーが星の光の大気のぼけを測定し、次に変形可能なミラーが1秒間に1,000回シェイプシフトして、歪みを補正します。
新しい波面センサーは高感度です。四面ピラミッドプリズムを使用して、入射する星の光を分割し、プリズムの後ろに配置された検出器に望遠鏡の主鏡の4つの画像を生成します。4つの画像間の配光により、大気のぼけを測定する際の優れた精度が得られます。


ケック天文台の新しいピラミッド波面センサーからの大気乱流の4つの画像。補償光学制御ループが開いている（左）と閉じている（右）。クレジット：C。ボンド
ハワイ大学天文学研究所は、新技術、超低ノイズ、赤外線アバランシェフォトダイオードアレイに基づくピラミッド波面センサー用のカメラを提供しました。
ケックII望遠鏡のAOアップグレードには、ピラミッド波面センサーからの画像を分析し、変形可能なミラーを制御して大気の歪みを補正する、新しいGPUベースのリアルタイムコントローラー（RTC）も含まれます。RTCに実装されているソフトウェアアーキテクチャは、すばる望遠鏡のオリビエギュヨンによって開発されたコードに基づいています。
「これは私が今まで取り組んだ中で最もエキサイティングなプロジェクトの1つです」と、共著者でケック天文台のソフトウェアエンジニアであり、主要なプロジェクト開発者の1人であるSylvainCetreは述べています。「新しいRTCは、非常に高速で可能な限り短い時間で大量の計算を実行するため、画質が劇的に向上します。」
Keck II望遠鏡のAOアップグレードの成功は、最近5月にカリフォルニア工科大学のHeising-Simons Foundation 51 Pegasi bFellowであるJasonWangによって証明されました。彼と彼のチームは、新しいテクノロジーをテストし、の誕生の驚くべき直接画像をキャプチャしました。星PDS70を周回する巨大な太陽系外惑星のペア。


星周円盤を取り除いた、PDS 70原始惑星bと惑星c（白い矢印でラベル付けされた）の直接画像。この画像は、ケックII望遠鏡でケック天文台のアップグレードされた補償光学システムを使用してキャプチャされました。クレジット：J。Wang、Caltech
このアップグレードは、過去1年間のテスト段階で、過去の軌道が太陽系に最も近い既知のフライバイであった近くの連星を研究するためにも使用されました。
その後、ケック天文台は、2020年8月から、新しいAOシステムを定期的な科学観測に利用できるようにしました。
このアップグレードが実施されると、天文学者はこれまで以上に精巧な詳細で画像を撮影できるようになります。この高度なAO機能は、惑星形成、暗黒物質、暗黒エネルギーなどに関する知識を深めるために使用されます。
National ScienceFoundationのプログラムディレクターであるZoranNinkov氏は、次のように述べています。「NSFのAdvanced Technologies andInstrumentationプログラムとMid-ScaleInnovations Programは、このようなAOシステムの進歩をサポートしており、地上の望遠鏡で得られたものと同じくらい鮮明な画像を取得できます。宇宙から。ケックのこの新しい赤外線ピラミッドシステムは、太陽系外惑星のようなかすかで涼しい物体に刺激的な新しいウィンドウを提供し、おそらく生命を支えることができるものを見つけることさえあります。
「私は10年以上もの間、近赤外線波面センサーの潜在的なパフォーマンス上の利点について考えていました」とWizinowich氏は述べています。「この画期的なテクノロジーがついに登場するのを見るのは喜ばしいことです。」
このプロジェクトは、NSFのAdvancedのtechnologのによってサポートされていましたIESおよび計測プログラム（受賞番号1611623 ）とハワイの大学と共同で開発した'I（UH）、カリフォルニア工科大学、すばる望遠鏡、アルチェトリ天文台、マルセイユ天体物理学研究所。Wizinowichは共同主任研究ディミトリMawet、カリフォルニア工科大学で天文学の教授で働いていた主任研究者を務めていましたし、シニアリサーチER JPLで、そしてマーク・チュン、専門家/アソシエート-天文学のためのUH研究所のディレクターヒロ。


ポスドクのAO科学者/エンジニアであるJacquesRobert Delorme（左）とポスドクのAO科学者であるCharlotte Bond（右）がファイバーインジェクションユニットとピラミッド波面センサーブレッドボードを組み立てています。クレジット：Nem Jovanovic


ケックIIAOベンチへのピラミッド波面センサーとファイバー注入ユニットの設置。クレジット：Charlotte Bond


ケックII望遠鏡の新しいピラミッド波面センサーのオンスカイテストが成功したときに最初の光を達成した後、祝うケック天文台プロジェクト開発チーム。（LR）：Sylvain Cetre、ソフトウェアエンジニア、Peter Wizinowich、主任研究員、Charlotte Bond、ポスドクAO科学者、Jacques Robert Delorme、ポスドクAO科学者/エンジニア、Sam Ragland、AO科学者、およびカリフォルニア工科大学の同僚。クレジット：Shui Kwok

WMケック天文台について
WMケック天文台望遠鏡は、地球上で最も科学的に生産性の高い望遠鏡の1つです。ハワイ島のマウナケア山頂にある2つの10メートル光学/赤外線望遠鏡は、イメージャ、マルチオブジェクトスペクトログラフ、高解像度スペクトログラフ、面分光計、世界をリードするレーザーガイド星などの一連の高度な機器を備えています。補償光学システム。ケック天文台は、カリフォルニア工科大学、カリフォルニア大学、および米国航空宇宙局の間の科学的パートナーシップとして運営されている民間の501（c）3非営利団体です。天文台は、WMケック財団の寛大な財政的支援によって可能になりました。著者は、マウナケア山頂がハワイ先住民コミュニティ内で常に持っていた非常に重要な文化的役割と畏敬の念を認識し、認めたいと考えています。この山からの観察をする機会があったことは、私たちにとって最も幸運なことです。

国立科学財団について
国立科学財団（NSF）は、科学の進歩を促進するために、」1950年に議会によって作成された独立した連邦政府機関です。国民の健康、繁栄、福祉を促進すること。NSFは、基礎研究と人々が未来を変える知識を生み出すことを支援するため、国防を確保するために不可欠です。この種の支援：米国経済の主要な推進力であり、国の安全を強化し、知識を進歩させて世界的なリーダーシップを維持します。NSFは年間予算が83億ドル（2020年度）であり、米国の大学が実施する連邦政府が支援するすべての基礎研究の約25パーセントの資金源です。数学、コンピューターサイエンス、社会科学などの多くの分野で、NSFは連邦政府の支援の主要な情報源です。

高度な技術と計装プログラムについて
高度な技術と計装（ATI）プログラム天文学と天体物理学のための新しい技術と機器の開発のための個々の研究者と共同研究助成金を提供します。このプログラムは、天文科学部門の包括的な科学目標をサポートしています。技術的リスクが高い場合でも、革新的で潜在的に変革をもたらす技術の開発が奨励されています。サポートされているカテゴリには、高度な技術開発または概念の実現可能性調査、および既存の手段では取得が困難または不可能な新しい観測を可能にする特殊な機器が含まれますが、これらに限定されません。提案には、新しいタイプの天文観測を可能にするためのハードウェアおよび/またはソフトウェアの開発および/または分析が含まれる場合があります。このプログラムは、研究成果物を一般に公開することを奨励しています。