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南京天光所成像觀測取得進(jìn)展

行業(yè)聚焦點(diǎn) 2015年02月02日 16:37:33來源:國家天文臺南京天文光學(xué)技術(shù)研究所 5144
摘要南京天光所合作在系外行星成像觀測中取得進(jìn)展。

  【儀表網(wǎng) 行業(yè)聚焦點(diǎn)】近日,中國科學(xué)院國家天文臺南京天文光學(xué)技術(shù)研究所和加州州立大學(xué)北嶺分校(CSUN)合作研制的用于系外行星成像觀測的便攜式“”自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)(簡稱Ex-AO),在美國新墨西哥州ApachePoint天文臺(APO)實(shí)測取得重要進(jìn)展。該套Ex-AO系統(tǒng)在近紅外H波段能夠穩(wěn)定地校正目標(biāo)恒星像,并獲得了接近10-5的成像對比度。

  
  該研究工作受到國家自然科學(xué)基金委重大(地區(qū))合作研究項(xiàng)目資助(資助號:11220101001,中方項(xiàng)目負(fù)責(zé)人朱永田研究員,美方項(xiàng)目負(fù)責(zé)人任德清教授)。利用前期科研經(jīng)費(fèi),項(xiàng)目組購買了ApachePoint天文臺AstrophysicalResearchConsortium(ARC)3.5米望遠(yuǎn)鏡的2個晚上的觀測時間。由南京天光所和CSUN組成的“系外行星成像及Ex-AO”聯(lián)合研究團(tuán)隊,將自主研發(fā)的科研裝備,再次實(shí)現(xiàn)與大型望遠(yuǎn)鏡平臺的對接觀測。其中,該EX-AO系統(tǒng)作為客座儀器由國內(nèi)預(yù)先運(yùn)至APO天文臺,項(xiàng)目組研究人員利用有限的時間,快速完成了Ex-AO系統(tǒng)的搭建、調(diào)試,并終順利地與3.5米望遠(yuǎn)鏡的耐焦接口完成對接。
  
  項(xiàng)目組選擇了具有不同星等的恒星作為觀測目標(biāo)(可見光波段視星等-1至8等),驗(yàn)證了該Ex-AO系統(tǒng)對不同星等恒星都能夠提供優(yōu)良的像質(zhì)(當(dāng)夜平均視寧度為1.2”~1.4”,風(fēng)速為5~13m/s)。此處,以恒星alphaTau和kapGem為例,給出了當(dāng)夜的觀測結(jié)果。此次觀測采用了短時間曝光和長時間曝光兩種模式。短曝光下拍攝的alphaTau校正前后的對比視頻如下所示,Ex-AO系統(tǒng)能夠穩(wěn)定提供接近衍射極限成像的校正,目標(biāo)星的能量經(jīng)校正后,明顯集中于艾利斑區(qū)域內(nèi)。
  
  KapGem的觀測結(jié)果為長曝光拍攝,該目標(biāo)星等V=3.57,具有一顆暗弱伴星,經(jīng)自適應(yīng)光學(xué)初步校正并利用項(xiàng)目組近期提出的獨(dú)特的IRS(ImageRotation Subtraction,Renetal.ApJ2012)圖像處理算法,終處理后的圖像如下圖上所示,圖下為成像對比度與角距離曲線,這是課題組在實(shí)測中獲得接近10-5的對比度,證明了該套儀器具備開展系外行星成像科學(xué)觀測的能力。
  
  本次Ex-AO系統(tǒng)是繼2014年在歐南臺的NTT3.5米望遠(yuǎn)鏡上實(shí)驗(yàn)之后,再次在3~4米級望遠(yuǎn)鏡上獲得成功觀測。相比8~10米級大望遠(yuǎn)鏡,3~4米級望遠(yuǎn)鏡能提供更充足的觀測時間,是開展系外行星成像觀測的理想平臺,但目前大多數(shù)該級別的望遠(yuǎn)鏡尚未配備有效工作的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),這極大限制了望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)利用價值。因此該套Ex-AO系統(tǒng)的實(shí)測也吸引了APO天文臺眾多同行的關(guān)注,揭示了大量高分辨成像需求的科學(xué)觀測可以借助該套儀器,在3.5米望遠(yuǎn)鏡平臺上完成。
  
  目前,該Ex-AO系統(tǒng)仍采用了97單元可變形鏡,但校正精度已經(jīng)提升至48階(澤尼克系數(shù)),校正頻率為1000Hz,搭配科學(xué)級H波段紅外相機(jī)記錄焦面圖像。課題組下一步計劃將可變形鏡升級為277單元,更充分匹配3.5米望遠(yuǎn)鏡口徑,預(yù)計可以校正至100階像差。基于升級后的系統(tǒng),課題組將正式開展系外行星成像的科學(xué)觀測。屆時,該Ex-AO系統(tǒng)還能作為通用的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),為其他高分辨成像等相關(guān)研究服務(wù)。

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