Lucky Imaging下的球状星团中心

(今天给大家简短的介绍一下一篇挺好玩的小文章,这文章并非有什么重大发现,只是利用新的仪器对一个老的问题做了研究,好玩的地方在于本文使用的观测技术:Lucky Imaging,正好借着这篇文章简单的介绍一下吧。)

文章:High-resolution optical imaging of the core of the globular cluster M15 with FastCam

  • 作者:Anastasio Díaz-Sánchez, Antonio Pérez-Garrido, Isidro Villó, Rafael Rebolo, Jorge A. Pérez-Prieto, Alejandro Oscoz, Sergi R. Hildebrandt, Roberto López, Luis F. Rodríguez
  • 论文索引:astro-ph/1204.5340

Take Home Message:

本文的研究目标是球状星团的中心,这里是恒星密度非常高的地方,在典型的球状星团中心,每立方秒差距内的恒星数目可以达到百万的量级,在这样的密度下,很多非常稀有的恒星动力学过程,比如恒星的碰撞和并和成为了可能,从而成为了研究这些恒星活动的最佳场所;同时,球状星团还可能在中心拥有致密天体(所谓的中等质量黑洞,不过目前还没有很好的证据),其发现和研究必须要依赖于中心恒星的运动学研究;在如此高的恒星密度下,观测能达到的实际分辨率就成为了关键问题,其解决办法有三个,最直接的就是使用空间设备,比如用HST进行观测,再有就是在地面使用自适应光学成像;不过这两种方法各有缺点,前者主要是观测机会比较少,缺乏必要的连续性,后者主要受到视场小的困扰;除此之外的第三种方法,就是本文中使用的Lucky Imaging技术。

什么是Lucky Imaging技术呢,其实这个名字已经出卖了他,简单的说就是撞大运,怎么样,听上去就很科学吧;学过实测的同学应该知道,在光学波段,地面观测制约分辨率早已不是望远镜口径,而是地球大气的湍动的干扰,这样的干扰使得视宁度变糟;但是大气的扰动是存在着一定的时标的,简单的说,如果你的观测曝光时间短于这个扰动的时标,实际上,你的图像上就存在着一定的几率受到很小很小的干扰,当然,这个只能全凭运气了,同样是10秒的曝光,这个10秒和下个10秒得到的图像就可能完全不一样;怎么办呢?很简单,暴力破解,多拍就是了嘛。这样总结下来,对Lucky Imaging的一个通俗的理解就是在地面利用连续的大量短曝光进行观测,并从中挑选出图像质量最好的部分进行叠加,从而得到一个等效于高分辨率长曝光的图像。听上去很简单,但是实际上所需要的技术要难的多,首先,从观测上,Lucky Imaging的前提就是连续的短曝光,这就必须要使用能够快速读出,且读出噪声很低的CCD。进行过实际观测的同学应该知道,在望远镜做成像观测后,可以选择不同的读出模式,读出越快,往往读出噪声也越大,一般说,在做观测源确认的时候往往使用快读,但是在获取科学图像的时候更倾向于使用最慢的读出速度,对于一个大CCD,这个时间就已经超过了Lucky Imaging所需的曝光时间;好在目前的CCD技术已经让这样的快读出,低噪声CCD成为了可能,不过目前这样的CCD还不能做到很大,像本文中使用的FastCam上的512×512的CCD就不算小了;除此之外,如何从一次获得的大量图像中挑选质量最好的,如何叠加也是很重要的问题,因为不同的图像中往往存在很小的位移,需要通过对场中天体位置的精确控制来保证叠加不会损失分辨率。总而言之,地面中等孔径望远镜上的Lucky Imaging技术是一种相对廉价的获得高分辨图像的方法,在球状星团中心成像,密近双星研究,系外行星直接成像,甚至是彗星结构研究上都有着很好的前景;更好的是,在地面望远镜上,自适应光学技术和Lucky Imaging技术可以结合起来,真正的把望远镜的实力榨干,比如Hale 5m望远镜上的自适应光学+Lucky Imaging就曾经达到了0.025角秒的令人发指的地面分辨率。


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图一:左图为本文得到的Lucky Imaging观测图像,中间为对左图进行了以Mexican Hat Kernel为窗口的解卷积后的图像,主要用于点源探测;右图为相同天区的HST观测

最后还是说一下这篇文章吧,作者利用加纳利群岛上的2.5m NOT望远镜上的FastCam快速成像设备,对银河系最大的球状星团之一:M15的中心区域做了Lucky Imaging成像观测,利用持续了2个多小时的30秒短曝光做了I-band的测光观测,得到了大量的图像,并从中挑选出了100幅左右的质量最好的图像叠加得到了最终的图像。在30角秒的视场内,观测得到了0.1角秒的有效分辨率和目前位置最深的I波段测光观测。从这批图像中作者提取出了1000多个点源,并和深度相近的HST WFPC2 U和V波段的观测进行了交叉比较,对这个区域得到了详细的星等-颜色分布,认证出了很多有趣的天体,比如蓝离散星这样的极其稀少的天体。


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图二:利用本文观测和HST观测得到了M15中心区域的星等-颜色分布。
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5 Replies to “Lucky Imaging下的球状星团中心”

  1. libin

    Chromium 17.0.963.83 Linux

    30秒曝光时间太长了,原文好像是30ms诶,Lucky Imaging 主要是克服大气湍流,所以一般曝光时间都在毫秒量级吧。

  2. Liuly

    MSIE 9.0 Windows 7

    楼上说的对,30秒曝光,无论如何不可能再lucky了,因为光学波段的典型相干时间是5ms左右,这个论文作者之所以能积分30ms,已经是在红外波段观测的了,不然也达不到效果

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