적분장 분광기

Integral field spectrograph

적분장 분광기 또는 적분장 단위(IFU)가 장착된 분광기는 분광기와 영상 기능을 결합한 광학 기기로, 천문학 및 기타 생물 의학 과학 및 지구 관측(또는 원격 감지)과 같은 연구 분야에서 공간적으로 분해된 스펙트럼을 얻는 데 사용된다.

이론적 근거

적분장 분광학(IFS)은 위치 함수로서 확장된 물체의 스펙트럼이나 작은 영역의 많은 이산형 별 또는 점원으로 이루어진 군집들의 스펙트럼을 연구할 필요가 있는 큰 조리개, 고해상도 망원경의 확산과 함께 천문학의 중요한 하위 분야가 되었다.그러한 분광 연구는 스펙트럼이 슬릿에 수직으로 분산되어 있고, 슬릿을 따라 치수에 공간 분해능을 얻는 긴 슬릿 분광기로 이전에 수행되었다.그런 다음 슬릿의 위치를 밟음으로써 이미징된 분야의 포인트 스펙트럼을 얻을 수 있지만, 그 과정은 상대적으로 느리고, 잠재적으로 제한된 망원경 시간을 낭비한다.적분 자기장 분광기는 2차원 자기장에서 동시에 스펙트럼을 획득하여 그러한 관측을 가속화하는데 사용된다.최근 몇 년 동안 우주 망원경(그리고 적응형 광학 장치를 이용한 지상 기반 기구들)의 공간 해상도가 급격히 향상됨에 따라, 그러한 멀티플렉스 기구에 대한 필요성이 점점 더 절실해졌다.

방법들

MUSE 데이터가 포함된 NGC 7421 은하를 보여주는 애니메이션.이 애니메이션은 항성 형성 부위에서 방출되는 질소 선의 후속 조각들을 보여준다.애니메이션은 더 푸른 파장의 이미지로 시작해서 더 붉은 파장으로 계속된다.은하의 회전으로 인해 배출 라인은 왼쪽에서 적색 변형이 적다.

이미지 슬라이서

이 접근법에서 이미지 평면에서 이미지를 잘라내고[1](예: Bowen 이미지 슬라이서[2][3] 사용) 이미지의 다른 부분이 모두 슬릿과 분산 요소에 떨어지도록 다시 배열하여 더 큰 관심 영역에 대한 스펙트럼을 얻는다.이를 생각할 수 있는 또 다른 방법은 슬릿을 광학적으로 더 작은 조각으로 자르고 여러 위치에서 영상 평면에 다시 이미지화하는 것이다.

이 기법을 사용하는 기기에는 초대형 망원경(VLT)의 UVES가[4][5] 포함된다.VLT의 이후 8톤 MUSE는 이미지 슬라이서와 24개의 IFU를 사용한다.

렌즈배열

이러한 유형의 IFU에서는 렌즈 배열을 분광기 입구 슬릿 평면에 배치하여 본질적으로 공간 픽셀이나 스팩셀의 역할을 한다.그런 다음 렌즈 배열에 의해 생성된 모든 빔은 분산 요소를 통해 공급되고 카메라에 의해 이미징되므로 각 렌즈에 대한 스펙트럼이 생성된다.

William Herschel 망원경의[6] SAURON과 VLT의 SPER IFS[7] 서브시스템과 같은 기기는 이 기법을 사용한다.

섬유

여기서 관심 대상의 빛은 일련의 섬유에 의해 포착되어 분광기 입구 슬릿 평면을 형성한다.섬유의 다른 쪽 끝은 각 섬유에 대해 스펙트럼을 얻을 수 있도록 하나의 슬릿을 따라 배열된다.

이 기술은 악기가 많은 망원경(INTEGRAL[8]은 윌리엄 허셜 망원경 등), 은하들과의 CALIFA[9]은 Calar 알토 전망대에 서면, SAMI[10]호주 천문대에서, 그리고 MaNGA[11] 있는 서베이의 다음 단계를 같은 현재 진행 중인 큰 감정, 특히에서 사용된다.Sloan파다기울임꼴 스카이 서베이.

다양한 자기장 분광법

최근의 발전은 IFS의 장점을 다중 객체 분광학(MOS)과 결합한 다양한 현장 분광학(DFS)이다.[citation needed]MOS는 넓은 들판 위에 있는 많은 이산 물체로부터 빛을 모으는데 사용된다.이것은 공간 정보를 기록하지 않는다 – 단지 각 샘플링 구멍 내에서 수집된 총 빛의 스펙트럼(대개 위치 광섬유 또는 망원경 초점에서 마스크에 절단된 슬릿의 핵심)이다.

이와는 대조적으로 IFS는 소규모 분야에 걸쳐 완전하고 공간적으로 해결된 커버리지를 획득한다.MOS 표적은 일반적으로 원시 은하와 같은 검출 한계에 있는 희미한 물체들이다.망원경이 커짐에 따라, 이 망원경들은 실제로 단일의 거대한 IFU로 전체 필드를 카펫으로 깔아주는 것이 가능하지 않기 때문에 관측자가 이 영역의 어떤 부분을 분광기로 통과시킬 것인지를 신중하게 선택해야 하는 뭉툭하고 혼란스러운 구조를 가지고 있다는 것이 명백하다.

DFS는 관측자가 관측 효율과 과학적 복귀를 극대화하기 위해 하늘의 인접 영역과 고립된 영역의 임의적인 조합을 선택할 수 있는 계기 패러다임이다.로봇 스위치야드, 광학 스위치 등 다양한 기술이 개발 중이다.[citation needed]

기타 접근법

다른 기법들은 다른 파장에서 같은 목적을 달성할 수 있다.NASA 찬드라 X선 관측소의 ACIS Advanced CCD Imaging Spectometer는 각 광자의 에너지를 직접 측정하여 스펙트럼 정보를 얻는 예다.이 접근법은 광자가 덜 활동적이기 때문에 더 긴 파장에서 훨씬 더 어렵다.그러나 초전도 터널 접합 등 픽셀 검출기를 이용한 광학파장, 근적외선파장에서도 진척이 이뤄졌다.무선 파장에서 동시 스펙트럼 정보는 헤테로디네 수신기와 함께 얻을 수 있다.

과대망상화

보다 일반적으로 통합형 자기장 분광학은 3D 영상화 기법의 하위집합이다(과대파 영상화 및 3D 분광이라고도 한다).다른 기법은 전기-기계적 스캐닝 기법을 사용하여 간섭 빔 사이의 경로 차이 생성에 의존한다.미켈슨 간섭계 레이아웃을 이용한 푸리에 변환 스펙트럼 분석과 파브리-페로트 간섭계 측정을 예로 들 수 있다.비록 근사치의 첫 번째 순서로, 그러한 모든 기법은 데이터큐브에서 동일한 수의 분해능 요소(두 개의 공간 좌표 + 파장으로 표시된 축으로)를 동시에 생성한다는 점에서 동등하지만, 소음원을 고려할 때 동일하지 않다.예를 들어, 비용이 많이 드는 검출기 요소를 덜 필요로 하지만, IFS와 달리 신호와 배경의 노출이 동시에 이루어지지 않기 때문에 배경이 변화할 때 스캐닝 기기는 비효율적이다.생체 의학에 대해서는 체내 연구에서도 동시 데이터 수집이 필요하다.

참조

  1. ^ "Image Slicer". Retrieved 30 November 2012.
  2. ^ "Image slicer". Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, Inc. Retrieved 30 November 2012.
  3. ^ "CAFE, the CAssegrain Fiber Environment". Web Manual for Gecko. Canada-France-Hawaii Telescope. Retrieved 10 October 2019.
  4. ^ "UVES - Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph". ESO website. ESO. Retrieved 30 November 2012.
  5. ^ Dekker, Hans; D'Odorico, Sandro; Kaufer, Andreas; Delabre, Bernard; Kotzlowski, Heinz (August 2000). Iye, Masanori; Moorwood, Alan F. M (eds.). "Design, construction, and performance of UVES, the echelle spectrograph for the UT2 Kueyen Telescope at the ESO Paranal Observatory". Proceedings of SPIE. Optical and IR Telescope Instrumentation and Detectors. 4008: 534–545. Bibcode:2000SPIE.4008..534D. doi:10.1117/12.395512. S2CID 124137896. Retrieved 30 November 2012.
  6. ^ "SAURON – Spectrographic Areal Unit for Research on Optical Nebulae". Retrieved 30 November 2012.
  7. ^ Claudi, R. U.; Turatto, M.; Gratton, R. G.; Antichi, J.; Bonavita, M.; Bruno, P.; Cascone, E.; De Caprio, V.; Desidera, S.; Giro, E.; Mesa, D.; Scuderi, S.; Dohlen, K.; Beuzit, J. L.; Puget, P. (2008). "SPHERE IFS: the spectro differential imager of the VLT for exoplanets search". In McLean, Ian S; Casali, Mark M (eds.). Ground-based and Airborne Instrumentation for Astronomy II. Vol. 7014. p. 70143E. Bibcode:2008SPIE.7014E..3EC. doi:10.1117/12.788366. S2CID 56213827.
  8. ^ "INTEGRAL: A Simple and Friendly Integral Field Unit Available at the WHT". Isaac Newton Group of Telescopes. Retrieved 30 November 2012.
  9. ^ "CALIFA: Calar Alto Legacy Integral Field Area survey". CALIFA Survey. Retrieved 10 October 2014.
  10. ^ "SAMI: Overview of the SAMI Survey". SAMI Survey. Retrieved 5 March 2014.
  11. ^ "MaNGA: SDSS-III". Sloan Digital Sky Survey. Retrieved 5 March 2014.

메모들

외부 링크