光频梳下的天文光谱频率校准

(今天有同学问及Astroleaks是否接受新闻投稿,如果这里的新闻指的是自己独立编撰的时效性小短文的话,我们当然欢迎的啊;其实如果最近看我们网站的话,可能已经注意到了,我们文章的长度和细节内容已经在减小,这一方面是我希望在工作之余加大更新频率带来的牺牲,一方面也是我对文章功能想法的一个改变,我觉得这样的形式,对于本科的同学主要是留下一个感性的认识,写的太细没有必要;对于研究生同学可能更多的是学术兴趣的简单交流,如果真的感兴趣,我写的再详细都不能代替对论文的阅读的;所以,以后大家可以放心的投稿了吧。今天给大家介绍的还是一个很好玩的东西,难得能给大家介绍一篇光学杂志上的文章,我觉得我是开了眼界的,希望大家喜欢吧)

文章: Demonstration of on-sky calibration of astronomical spectra using a 25 GHz near-IR laser frequency comb

Take Home Message:

视向速度观测方法已经成为了探索,研究系外行星的主要方法之一,已经有大量的系外行星系统被这个方法认证出来;不过到了探测小质量,尤其是地球质量的系外行星的问题上,基本就是和观测误差,以及光谱校准问题肉搏的阶段了;在下一代的地面系外行星的视向速度方法研究中,可能一个常见的组合就是大口径的望远镜,良好的光纤多目标光谱仪以及极其准确的光谱校准,尤其是频率(就是视向速度)校准源。而本文的主要内容正是尝试第一次在地面将这三者在近红外波段联合起来,这里的望远镜是位于McDonald天文台的9.2m的Hobby-Eberly望远镜,光谱仪是Pathfinder近红外高分辨光谱仪(可以提供1-1.8微米的分辨率lambda/d\lambda=50,000的光谱)。而本文的亮点就是其近红外光谱实时校准的技术。

在本文中,一种被称为Laser Frequency Comb (LFC,光频梳)的技术被引入到近红外光谱校准中来;这种技术本质上就是利用锁频的激光(Mode Lock Laser)在一定的波长范围内提供精确,稳定,明亮,等间隔,可调制的一列窄线光谱,这样的频谱是不是很像一列整齐的梳子齿呢?利用这样的激光,可以提供极其精确的频率校准,其精度甚至能高过原子钟,已经在GPS等领域开始了应用,在天文光谱校准上,他的作用就是提供极其精确(1cm/s)级别的视向速度校准;这样的技术并不是第一次应用到天文中(比如,参考这里的介绍),在为视向速度研究系外行星的HARPS光谱仪上已经有所实现,但是这是第一次把这个方法应用到了近红外波段上。具体来说,应用在这里使用的是一个工作在1.55-1.65微米上的25GHz的LFC,配合还在室温状态下测试的Pathfinder光谱仪,已经可以在实验观测中得到了10m/s的视向速度经度,展示了这个方法的很好前景。

之所以要探索这个波段,主要是因为在地球周围10pc内的临近恒星中,很大一部分都是晚于M4光谱型的小质量恒星(根据RECONS的统计),这些恒星在光学波段黯淡,但是近红外波段相对明亮;而且,由于其质量半径小,如果真的存在地球质量的行星存在,在这样的系统中产生的视向速度变化信号比地球-太阳这样的系统要强很多。结合这样的科学背景,本文所实验的仪器在未来很有可能给我们带来在宜居带内,有液态水存在的,围绕着小质量恒星的地球质量行星候选的。


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图一:本文使用的LFC系统的示意图。由于具体细节我实在不懂,只好把本图的说明一起截了下来,恳请高人指教吧。


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图二:本文实验的望远镜+光谱仪+LFC系统示意图,仪器实物展示,以及观测得到的得到了LFC频率校准的恒星光谱。

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2 Replies to “光频梳下的天文光谱频率校准”

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