Многофункциональный спектроскопический исследователь - Multi-unit spectroscopic explorer

Чтобы узнать о других значениях слова "MUSE", см. Муза (значения).
MUSE установлен на VLT Епун (UT4)

В многозвенный спектроскопический исследователь (МУЗА) является спектрограф интегрального поля установлен в Очень большой телескоп (VLT) Европейская южная обсерватория (ESO).[1][2][3] Работает в видимом диапазоне длин волн,[1] и сочетает в себе широкий поле зрения с тонкой пространственной дискретизацией и большим одновременным спектральным диапазоном. Он разработан, чтобы воспользоваться улучшенным пространственным разрешением, обеспечиваемым адаптивная оптика.[1] MUSE впервые познакомился с VLT 31 января 2014 года.[4]

Фон

MUSE в Лионская обсерватория: Генеральный директор ESO, два местных политика, президент университета и главный исследователь инструмента.[5]

Традиционно астрономические наблюдения в оптическом диапазоне разделялись на визуализацию и спектроскопию. Первый может охватывать широкое поле зрения, но за счет очень грубого разрешения по длине волны. Последние имели тенденцию либо терять пространственное разрешение - полностью в случае волоконных спектрографов и частично в случае спектрографов с длинной щелью, - либо иметь только грубую пространственную разрешающую способность в случае недавних исследований. Спектрографы интегрального поля.

MUSE был разработан, чтобы улучшить эту ситуацию, обеспечивая как высокое пространственное разрешение, так и хорошее спектральное покрытие. Главный исследователь инструмента - Роланд Бэкон в Лионский центр астрофизических исследований (CRAL) отвечает за консорциум, состоящий из шести основных европейских институтов: CRAL в Лионская обсерватория является институтом PI и руководил созданием большинства инструментов. Другие вовлеченные институты включают немецкий Institut für Astrophysik Göttingen (IAG) и Лейбниц Институт астрофизики Потсдам (AIP), Нидерландская исследовательская школа астрономии (NOVA), Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Франция, ETH Zürich, Швейцарии, а также Европейская южная обсерватория (ESO).

Начало проекта было положено 18 января 2005 г., а окончательная проверка конструкции состоялась в марте 2009 г. Инструмент прошел окончательную приемку в Европе 10 сентября 2013 г. [6] MUSE была установлена ​​на платформе Нэсмит четвертого Телескоп VLT Unit 19 января 2014 года и увидел первый свет 31 января 2014 года.

Научные цели

Моделирование того, как MUSE будет видеть шаровое скопление. NGC 2808. Это цветное изображение было создано путем создания имитационного наблюдения шарового скопления MUSE, а затем извлечения трех спектральных областей из этого куба данных. Таким образом, для каждого источника на этом изображении на самом деле существует целый спектр.

Звезды и разрешенное звездное население

MUSE имеет поле зрения, которое хорошо сочетается с рядом удивительных объектов Млечного Пути, таких как шаровые скопления и планетарные туманности. Высокое пространственное разрешение и выборка позволят MUSE одновременно наблюдать спектры тысяч звезд за один снимок в плотных областях, таких как шаровые скопления. В областях звездообразования со смесью ионизированного газа и звезд MUSE предоставит информацию как о звездном, так и о туманном составе в этой области.

Излучатели Лайман-альфа

Ключевой целью создания MUSE было изучение прародителей нормальных близких галактик до красных смещений z> 6. Эти источники могут быть очень слабыми, и в этом случае их можно обнаружить только через излучение в Эмиссионная линия Лайман-альфа такие галактики часто называют Излучатели Лайман-альфа.

Обычный способ изучения таких источников - использование узкополосной визуализации,[7] но с помощью этого метода можно исследовать только очень узкий диапазон красного смещения за раз - установленный шириной фильтра. Кроме того, этот метод не так чувствителен, как прямые спектроскопические исследования, поскольку ширина фильтра шире типичной ширины линии излучения.

Поскольку MUSE является спектрографом с полем зрения 1'x1 ', его можно использовать для поиска источников эмиссионных линий в широком диапазоне красного смещения (z = 2,9–6,65 для Lyman-alpha) одновременно. Ожидается, что прибор будет использоваться для экспозиции до 100 часов, и в этом случае он должен достичь предельного потока 3х10−19 эрг / с / см2 что на порядок слабее, чем нынешние узкополосные исследования изображений.

MUSE рассматривает странную галактику NGC 4650A[8]

Эволюция галактики

Глубокие наблюдения на спектрографе MUSE.[9]

MUSE станет мощным инструментом для изучения динамических свойств галактик из близлежащей Вселенной, по крайней мере, до красного смещения 1,4, после чего запрещенная линия излучения [O II] на 372,7 нм исчезает с красного конца спектрографа.

При низком красном смещении MUSE предоставит двумерные карты кинематики и звездного населения во всех типах галактик. Он будет развивать и расширять науку, выполненную с помощью инструмента SAURON на Телескоп Уильяма Гершеля, распространяя его как на большие радиусы, так и на более далекие галактики. В режиме узкого поля MUSE сможет увеличивать область вокруг огромная черная дыра в центре массивных галактик. Есть надежда, что это поможет астрономам понять процесс образования этих гигантов - вероятно, в результате процесса слияния, в результате которого две черные дыры сливаются, образуя более массивный конечный продукт, и в то же время возмущают звездные орбиты в центре галактики.

При более высоком красном смещении MUSE даст возможность строить карты распределения металлов в галактиках и в то же время ограничивать динамическую структуру этих объектов. Комбинируя это с информацией об окружающей среде благодаря широкому полю зрения (1 угловая минута соответствует 430 килопарсек при красном смещении 0,7), можно будет изучить, как свойства галактик зависят от окружающей среды, в которой они оказываются. , и в основном новый способ.

Наука в режиме узкого поля

MUSE также будет иметь режим высокого пространственного разрешения с полем зрения 7,5x7,5 угл.2 и пространственное разрешение 0,042 угловой секунды на длине волны 750 нм. Основное научное использование этого режима - детальное изучение близлежащих систем, таких как окружающая среда. сверхмассивные черные дыры в ближайших галактиках. В частности, можно будет решить сфера влияния черных дыр в самых массивных галактиках до Скопление Девы а для самых массивных галактик также в Кома скопление галактик.

Ближе к дому MUSE сможет изучать джеты в близлежащих регионах звездообразования и поверхности ряда объектов Солнечной системы. Это может быть использовано, например, для проведения спектроскопических мониторинговых исследований вулканической активности на Ио и спектроскопические исследования атмосферы Титан.

Технический

Сложная сеть трубок, окружающих 24 спектрографа инструмента MUSE.[10]
Характеристики инструмента
Широкопольный режим
Поле зрения1 x 1 угл. Мин.
Пространственная выборка0,2 x 0,2 угловой секунды
Пространственное разрешение 0,75 мкм (среднее качество изображения)0,46 угловой секунды (AO)
0,65 угловой секунды (без AO)
Покрытие неба с АО70% на галактическом полюсе
99% на галактическом экваторе
Предельная звездная величина через 80 часовяAB = 25,0 (полное разрешение)
яAB = 26,7 (R = 180 пониженное разрешение)
Ограничение потока за 80ч3,9 х 10−19 эрг / с / см2
Режим узкого поля
Поле зрения7,5 x 7,5 угловой секунды
Пространственная выборка0,025 x 0,025 угл. Сек.
Пространственное разрешение 0,75 мкм (среднее качество изображения)0,042 угловой секунды
Коэффициент Штреля при 0,75 мкм5% (цель 10%)
Предельная величина в 1 часрAB = 22.3
Ограничение потока за 1 час2,3 х 10−18 эрг / с / см2
Ограничить поверхностную яркость в 1 час (mag)рAB= 17,3 угловой секунды−2
Источник:[нужна цитата ]

Чтобы соответствовать научным целям инструмента, MUSE должен был выполнить ряд требований:

  • Инструмент должен иметь высокую пропускную способность.
  • Возможность выполнять очень долгую интеграцию, поэтому инструмент должен быть очень стабильным.
  • В сочетании с адаптивной оптикой прибор должен обеспечить повышение пространственного разрешения по сравнению с ограниченными наблюдениями в поле зрения небесной сферы.
  • Широкое поле зрения, позволяющее проводить съемку
  • Эффективное производство для снижения затрат и эффективный дизайн с учетом ограничений по объему и массе.

Для достижения двух последних точек спектрограф состоит из 24 одинаковых интегральные полевые блоки (IFUs), что снижает стоимость за счет репликации. Каждый из них имеет отличное качество изображения, а свет в плане инструментов разрезается и отправляется в отдельные IFU с помощью слайсер изображений.

Конструкция спектрографа обеспечивает превосходное качество изображения во всем спектральном диапазоне MUSE с наклоном детектора, компенсирующим осевое хроматизм. При такой конструкции дорогие оптические материалы, такие как CaF2 не нужны, что снижает общую стоимость.

Пропускная способность поддерживается на высоком уровне за счет высокой квантовой эффективности ПЗС-матрицы. Также есть только одна решетка, фаза с большим объемом пропускания голографическая решетка. Это дало производительность, которая достигает пика более 50% в районе 700-800 нм и превышает 40% почти во всем диапазоне длин волн прибора.

Полный инструмент весит около восьми метрических тонн и, по сути, заполняет 50-метровый объем платформы Нэсмит.3. Но благодаря модульной конструкции каждый из 24 IFU может быть снят для обслуживания или ремонта - для этого была разработана специальная подставка для безопасного извлечения и установки IFU.

Интерфейс адаптивной оптики

Нептун из VLT с адаптивной оптикой MUSE / GALACSI Narrow Field Mode.[11]

Для достижения необходимого повышения пространственного разрешения по всей небесной сфере MUSE использует GALACSI[12] интерфейс, который является частью Адаптивная оптика[13] на UT4 на VLT. Все компоненты адаптивной оптики (AO) установлены в деротаторе Nasmyth, а метрологическая система используется для обеспечения согласования системы AO с MUSE. Это необходимо, поскольку MUSE находится на платформе Нэсмита.

Ожидается, что с помощью системы AO MUSE достигнет медианного пространственного разрешения 0,46 угловых секунд, или ~ 3 кпк при красном смещении> 3, в поле зрения 1'x1 'в режиме широкого поля. В режиме узкого поля пространственное разрешение должно достигать 0,042 угловой секунды на длине волны 750 нм, что соответствует разрешению ~ 3 пк на расстоянии Скопление Девы галактик.

Скорость передачи данных и управление

Каждая экспозиция с MUSE будет возвращать файл данных с данными из 24 IFU по 35 МБ каждый - таким образом, общий размер файла необработанных данных составляет 0,84 ГБ. После сокращения данных это увеличится до 3,2 ГБ на экспозицию, 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 довольно сложных данных за ночь.

Галерея

  • Этот видеоряд был создан на основе множества отдельных наблюдений MUSE за планетой Юпитер во время прохождения Луны Европы и ее тени.

  • Этот вид показывает, как инструмент дает трехмерное изображение туманности Ориона.

  • Этот вид показывает, как инструмент дает трехмерное изображение далекой галактики.

  • Этот вид показывает, как инструмент дает трехмерное изображение NGC 4650A.

  • Другой вид того, как инструмент дает трехмерное изображение NGC 4650A.

  • Этот вид показывает, как MUSE дает трехмерное изображение галактики ESO 137-001, когда она падает в обширное скопление галактик Норма и лишается газа.

Рекомендации

  1. ^ а б c [1]
  2. ^ Страница разработки инструментов MUSE в ESO.
  3. ^ «Основные моменты из многоцелевого спектроскопического исследователя (MUSE)». Дои:10.1117/2.3201407.15. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ Запись в блоге MUSE для первого света В архиве 2014-02-02 в Wayback Machine
  5. ^ "МУЗА для Очень большого телескопа ESO". Объявление ESO. Получено 12 сентября 2013.
  6. ^ Веб-страница ESO для MUSE
  7. ^ Кашикава и др. (2006) «Конец эпохи реионизации, обнаруженный излучателями Lyα на z = 6.5 в глубоком поле Subaru»
  8. ^ «Первый свет для MUSE». ESO. Получено 12 марта 2014.
  9. ^ «Сияние Вселенной - спектрограф MUSE показывает, что почти все небо в ранней Вселенной светится излучением Лайман-альфа». www.eso.org. Получено 1 октября 2018.
  10. ^ "MUSE: новый бесплатный фильм о космической машине времени ESO". www.eso.org. Получено 11 мая 2017.
  11. ^ «Сверхчеткие изображения от новой адаптивной оптики VLT». www.eso.org. Получено 18 июля 2018.
  12. ^ http://www.eso.org/sci/facilities/develop/ao/sys/galacsi.html
  13. ^ http://www.eso.org/sci/facilities/develop/ao/sys.html

внешняя ссылка