京都産業大学 新崎貴之

2013/12/17
第3回 可視赤外線観測装置技術ワークショップ

高分散偏光分光観測装置
VESPolAの開発と初期観測結果

LIPS on UH88

VESPolA on Araki-telescope

2010年
年 4月
月 ： 京都産業大学にてVESPolAの開発がスタートの開発がスタート
京都産業大学にて2012年
年11月
月 ： Engineering Firstlight による性能評価
2013年
年 8月
月 ： Science Firstlight (P Cyg, β Lry, Nova, etc)

突発天体や変光星等の時間変動天体の特に星周ガスの幾何学的構造及び速度場情報を高分散偏光分光観測により解明する事を目指した観測装置

VESPolAとは？とは？

･ 神山天文台1.3m望遠鏡カセグレン専用機

Specifications
Liner and Circular
R~8,000 and 20,000
400 - 850nm∆λ=150-300nm
E2V 2K×2K∆P<0.1%

Instrumentation

Polarization mode
Spectral resolution
Spectral coverage
Spectral coverage for single exposure

Detector
Polarimetric accuracy

VESPolA仕様
仕様

VESPolA on Araki-telescopeLiner and Circular
R~8,000 and 20,000
400 - 850nm∆λ=150-300nm
E2V 2K×2K∆P<0.1%

Polarization mode
Spectral resolution
Spectral coverage
Spectral coverage for single exposure

Detector
Polarimetric accuracy＊現在までにR~8,000の直線偏光分光モードの開発が完了

Specifications

Instrumentation

VESPolA仕様
仕様

VESPolA on Araki-telescopeLiner and Circular
R~8,000 and 20,000
400 - 850nm∆λ=150-300nm
E2V 2K×2K∆P<0.1%

Polarization mode
Spectral resolution
Spectral coverage
Spectral coverage for single exposure

Detector
Polarimetric accuracy＊現在までにR~8,000の直線偏光分光モードの開発が完了＊2014年度にR~20,000 及び 円偏光モードを導入予定

Specifications

Instrumentation

VESPolA仕様
仕様

VESPolA on Araki-telescope◇ Field viewer◇ Auto guider● Spectrometer● Polarimeter● Calibrator

2.Optics

Spectrometer

Fold mirror

Field lensPolarimeter

HCT lamp

HCT mirror

Fold mirror

Science detecter

From Telescope

Entrance slit

Half wave plate

Echelle grating

Collimator lensCamera lensCross disperser

Field viewer camera
Double Wollaston prism
Re-imaging lensCalibrator

Glan-Thompson prism

F conversion lens
Guide viewer camera◇ Field viewer◇ Auto guider● Spectrometer● Polarimeter● Calibrator

2.Optics

Spectrometer

Fold mirror

Field lensPolarimeter

HCT lamp

HCT mirror

Fold mirror

Science detecter

From Telescope

Entrance slit

Half wave plate

Echelle grating

Collimator lensCamera lensCross disperser

Field viewer camera
Double Wollaston prism
Re-imaging lensCalibrator

Glan-Thompson prism

F conversion lens
Guide viewer cameraアクリル製無色波長板 + ダブルウォラストンプリズム● Polarimeter

2.Optics

Echelle grating + Cross disperser● Spectrometer

2.Optics

Cross disperser

Collimator lensEchelle grating + Cross disperser● Spectrometer

2.Optics

Camera lensEchelle grating

mmm

m

m

m

397.3nm397.31nm
397.3nm

454.74nm
454.7nm

531.57nm
531.5nm

546.97nm
546.9nm

686.1nm

686.12nm

838.4nm

838.46nm

389.1nm389.12nm

444.0nm

444.04nm

517.01nm
517.0nm

531.5nm

531.56nm

662.0nm

662.04nm

802.7nm802.78nm
802.7nm□ = 27μm : 2pix×2pix size
右数値:
右数値: スポットのRMS
スポットのRMS直径
RMS直径393.2nm393.21nm
393.2nm449.3nm

449.39nm
449.3nm

524.28nm
524.2nm539.26nm
539.2nm

674.0nm

674.08nm

820.6nm

820.62nm
820.6nm● Spectrometer

2.Optics

青：常光線
赤：異常光線

m

m

m

m

m

m

397.3nm397.31nm
397.3nm

454.74nm
454.7nm

531.57nm
531.5nm

546.97nm
546.9nm

686.1nm

686.12nm

838.4nm

838.46nm

389.1nm389.12nm

444.0nm

444.04nm

517.01nm
517.0nm

531.5nm

531.56nm

662.0nm

662.04nm

802.7nm802.78nm
802.7nm□ = 27μm : 2pix×2pix size
右数値:
右数値: スポットのRMS
スポットのRMS直径
RMS直径393.2nm393.21nm393.2nm

449.3nm

449.39nm
449.3nm

524.28nm
524.2nm539.26nm
539.2nm

674.0nm

674.08nm

820.6nm

820.62nm
820.6nm● Spectrometer

2.Optics

HCTスペクトル
スペクトル

青：常光線
赤：異常光線

● Equipment efficiency● Position angle accuracy● Polarimetric accuracy● Resolution

3.Performance evaluation

● Equipment efficiency● Position angle accuracy● Polarimetric accuracy● Resolution

3.Performance evaluation

･ 偏光度が大きい場合→ 偏光度に依存した成分が影響するため強偏光標準星を用いた評価を行う･ 偏光度が小さい場合→ ランダム成分による影響が大きいため無偏光標準星を用いた評価を行う● Polarimetric accuracy

3.Performance evaluationm=326000

m=316200

65806585 6590

m=2578006595

m=248000

6660

8200

2456323.9763

2013 Jan 31 760s×460s×460s×4180s×460s×460s×4

2012 Nov 28 7 2456260.2333
2012 Nov 29 7 2456261.2472
2012 Dec 14 7 2456276.1895

180s×4200s×4

2012 Nov 27 7 2456259.2875
2012 Nov 28 7 2456260.2576

UP: HD39587 (G0V,mv=4.40,Pv=1.30%)

60s×42012 Nov 27 7 2456259.2555

UP: HD45418 (A1V,mv=2.37,Pv=0.18%)

2456322.9666

2456311.0854

2013 Jan 18 72013 Jan 30 760s×46530 6535

0.5×106
0.3
0.2
0.1
0-0.1
-0.2
-0.3

1.0×106

1.5×106

6560 6565 6570 6575
Wavelength (Å)

U/I

Q/I2456305.0375

100s×430s×430s×415s×4評価に用いたUPの観測ログ

2456322.9888

2456311.1409

2013 Jan 18 72013 Jan 30 72456305.0527

2013 Jan 12 730s×430s×42456304.1250

2012 Dec 14 7 2456276.1791
2013 Jan 11 730s×4

2012 Nov 29 7 2456261.2347

UP: HD61421 (F5IV,mv=0.37,Pv=0.50%)

2013 Jan 12 7

180s×4Hαm=267600

2012 Dec 14 7 2456276.2055U/I+0.1

m=277400

2.0×1066555

m=28

Q/I+0.1

m=297200

60s×42456304.9923

60s×4

2012 Nov 29 7 2456261.2791
2013 Jan 12 760s×4

2012 Nov 28 7 2456260.1555
2012 Dec 14 7 2456276.2263

60s×42012 Nov 27 7 2456259.1819

120s×46550

m=306400

Sec2012 Nov 29 7 2456261.2604

6540 6545

m=335800

Wavelength (Å)
6600 6800 7000

JD

2.5×106

0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4

3.0×106
2.5×106
m=342.0×106
6
1.5×10
1.0×106
0.5×1065600･ UPスペクトル例スペクトル例

UP(UnPolarized standard star)を用いた評価を用いた評価Date

UP: HD47105 (A0IV,mv=1.93,Pv=0.22%)

3.Performance evaluation● Polarimetric accuracy

I (raw ADU)

I (raw ADU)

Q/I ,U/I(%)

Q/I ,U/I(%)

I (raw ADU)

5600

m=30

m=31

6550

m=28
m=27

7200

m=26

7400

m=25

7600

6822

U/I

Q/I

Hα68246826

HαU/I+0.1

U/I+0.1

Q/I+0.1

6830

6832

6580

8200
m=24

Q/I
U/I

m=248000

6834

6595

6836

66606838

δP < 0.1%(PV)7800

6585 6590

Wavelength(Å)

6828

RippleQ/I+0.1
Random 成分

m=29

Wavelength (Å)
6600 6800 7000

6555 6560 6565 6570 6575
Wavelength (Å)

-0.20
6820

-0.15

-0.10

-0.05

00.05

0.10

0.15

0.20

0.25

6400

6200

6540 6545

m=326000

リップルはなにか。

6530 6535

0.5×106
0.3
0.2
0.1
0-0.1
-0.2
-0.3

1.0×106

1.5×106

2.0×106

2.5×10

6

0.4
0.3
0.2
0.1
0-0.1
-0.2
-0.3
-0.4

m=335800･ UPスペクトル例
スペクトル例

UP(UnPolarized standard star)を用いた評価を用いた評価

3.0×106
2.5×106m=34
2.0×106
6
1.5×101.0×106
0.5×106

Q/I ,U/I(%)

Q/I ,U/I(%)

I (raw ADU)

● Polarimetric accuracy
DateJD

Sec2456323.9763

60s×42456305.0375

100s×4180s×4120s×4200s×4

180s×430s×430s×415s×4評価に用いたUPの観測ログ

2456322.9888

2456311.1409

2013 Jan 18 72013 Jan 30 72456305.0527

2013 Jan 12 7

30s×430s×42456304.1250

2012 Dec 14 7 2456276.1791
2013 Jan 11 730s×4

2012 Nov 29 7 2456261.2347

UP: HD61421 (F5IV,mv=0.37,Pv=0.50%)

2013 Jan 12 76840
2012 Dec 14 7 2456276.2055

2012 Nov 29 7 2456261.2604

2012 Nov 28 7 2456260.2576

2012 Nov 27 7 2456259.2875

UP: HD39587 (G0V,mv=4.40,Pv=1.30%)

60s×460s×4
2012 Dec 14 7 2456276.1895

180s×42012 Nov 29 7 2456261.2472

60s×4
2012 Nov 28 7 2456260.2333

2012 Nov 27 7 2456259.2555

UP: HD45418 (A1V,mv=2.37,Pv=0.18%)

2013 Jan 31 760s×460s×42456311.0854

2013 Jan 18 72456322.9666

60s×4

2013 Jan 30 760s×42456304.9923

60s×4

2012 Nov 29 7 2456261.2791
2013 Jan 12 760s×42012 Nov 28 7 2456260.1555
2012 Dec 14 7 2456276.2263

60s×42012 Nov 27 7 2456259.1819

UP: HD47105 (A0IV,mv=1.93,Pv=0.22%)

3.Performance evaluation

Q/I,U/I (%)

Number of Bin

00.05

Q/I (%)

0.1

-0.1
-0.05

00.05

0.1

U/I (%)

偏光測定精度評価結果 ： δPUP = 0.019%(RMS)δPripple = 0.1%(PV)

偏光度が小さい場合の010

0.02 0.04 0.06 0.08

0.1

δPP<<0≒ √(0.1)2 %Q/I (%)

00.019%(RMS)

Day by day variation-0.1-0.1 -0.08 -0.06 -0.04 -0.02-0.08-0.06-0.04

00.02

0.04

0.04

0.08

0.1

20

-0.05

σU/I=0.017%

Gauss function
U/I

The histgram of <U/I>

-0.02

-0.1

σQ/I=0.019%

Gauss function
Q/I

The histgram of <Q/I>

30

40

50

60

70

UP(UnPolarized standard star)を用いた評価を用いた評価● Polarimetric accuracy

U/I (%)

3.Performance evaluation

0.06 % (PV)

3.Performance evaluation

6400 6600 6800
Wavelength (Å)

7000

7200

7400

5.70

6200

HD25906000

5.20

HD254434.55800

3.53

HD21291

5.0

4.0

3.29

Pmax
3.01

HD2590Star

2013 Nov 15 72013 Nov 18 72013 Nov 08 7

2013 Nov 19 72013 Jan 31 7

Date2456324.0520

JD2456612.0625

2456615.0937

2456605.0625

2456616.0520

評価に用いたSP観測ログ

490nm

471nm

521nm

510nm

531nm

λmax

δPP>>0≒ √(a×P)2 %Pに依存した成分が存在に依存した成分が存在

60s×460s×460s×460s×460s×4Sec

偏光が大きくなるとSerkowski curveとのズレが0.数%レベルで発生する傾向が見られる

K =1.66( λmax /10 nm)+0.01

4

SPに現れる星間偏光スペクトル→ Serkowski curve(Whittet+ 1992)で再現
λp ( λ)= Pmax exp[Kln2 ( max )]λHD7927# S/N is insufficient# S/N is insufficientHD25443

HD21291

HD7927

HD43384

HD43384

5.5

4.0

4.5

5.0

3.2
3.0

3.4

3.6

3.6
3.4
3.2
3.0
2.8

3.6
3.4
3.2
3.0
2.8
2.6

SP(Strong Polarized standard star)を用いた評価を用いた評価● Polarimetric accuracy

Polarization degree (%)

Polarization degree (%)

7000

7200

7400

5.706400 6600 6800
Wavelength (Å)

HD25906200

5.20

HD25443

6000

3.53

HD21291

4.5

Pmax

5.0

5800

56

2013 Nov 15 72013 Nov 18 72013 Nov 08 7

2013 Nov 19 72013 Jan 31 7

Date2456324.0520

JD2456612.0625

2456615.0937

2456605.0625

2456616.0520

評価に用いたSP観測ログ

490nm

471nm

521nm

510nm

531nm

λmax

60s×460s×460s×460s×460s×4Sec# より詳細な評価には6%以上の偏光の測定が必要
より詳細な評価には 以上の偏光の測定が必要

3.29

4.0

2
34Polarization degree (%)δPP>>0≒ √(0.03×P)2 %1

D = 0.032×P
measured

3.01

HD2590

0Star

00.2

0.4

0.6

HD7927# S/N is insufficient# S/N is insufficientHD25443

HD21291

HD7927

HD43384

HD43384

5.5

4.0

4.5

5.0

3.2
3.0

3.4

3.6

3.63.43.2
3.02.8

3.6
3.4
3.2
3.0
2.8
2.6

SP(Strong Polarized standard star)を用いた評価を用いた評価● Polarimetric accuracy

3.Performance evaluation

Difference (%)

δP ≒ √(0.1)2+(0.03P)2 %偏光測定精度評価結果 ： δPSP = √(0.03P)2 %偏光度が大きい場合の偏光測定精度評価結果 ： δPUP = 0.019% (RMS)δPripple = 0.1% (PV)

偏光度が小さい場合の● Polarimetric accuracy (Total)

δPP>>0≒ √(0.03P)2 %δPP<<0≒ √(0.1)2 %3.Performance evaluationδλ=150-300nm
δθ<1degδP≒ √(0.1)2+(0.03P)2 %20.0% (m=30)
8.0mag (∆P~0.1%)-δλ=150-300nm
δθ<1degδP<0.1%
18.0% (m=30)
7.9mag (∆P~0.1%)
6.5mag (∆P~0.1%)＊現在までにR~8,000の直線偏光分光モードの開発が完了＊2014年度にR~20,000 及び 円偏光モードを導入予定

Position angle accuracy
Polarimetric accuracy
Efficiency (max)Limiting magnitude : R=8,000: R=20,000

Liner
R~8,000
550-810nm (Red mode)

Liner and Circular
R~8,000 and 20,000
400 - 850nm

Polarization mode
Spectral resolution
Spectral coverage
Spectral coverage for single exposure

Evaluation result

Specifications

Instrumentation

VESPolA性能評価値
性能評価値● Summary

3.Performance evaluation

● Nova V339 Del (classical nova)● P Cyg (B1Iapeq)● Beta Lyr (A8Vp + B6-8II , binary)

4.Preliminary results

● Beta Lyr (A8Vp + B6-8II , binary)

4.Preliminary results

● P Cyg (B1Iapeq)

4.Preliminary results

● Nova V339 Del (classical nova)

4.Preliminary results