Integral-Feld- und Multi-Objekt-Spektroskopie

Integral-Feld- und Multi-Objekt-Spektroskopie vervielfachen die Effizienz von Spektrographen, indem sie ein Spektrum an jedem Punkt eines kleinen Feldes oder für viele separate Ziele gleichzeitig aufzeichnen.

Definition

Die Integral-Feld-Spektroskopie zeichnet ein Spektrum für jedes räumliche Element über ein zusammenhängendes Feld auf und erzeugt einen Datenwürfel aus Position und Wellenlänge, während die Multi-Objekt-Spektroskopie Spektren vieler diskreter Ziele gleichzeitig unter Verwendung von Fasern oder mehreren Spalten aufzeichnet.

Scope

Dieses Thema umfasst Integral-Feld-Einheiten, die aus Linsenrastern, Faserbündeln oder Bildzerlegern bestehen und ein Spektrum an jeder räumlichen Abtaststelle erzeugen, die daraus resultierenden dreidimensionalen Datenwürfel, Multi-Objekt-Spektrographen, die konfigurierbare Fasern oder Roboterpositionierer oder Spaltmasken verwenden, sowie die Herausforderungen bei der Datenreduktion und Himmelsuntergrundsubtraktion, die diese Techniken mit sich bringen.

Core questions

• Wie kann ein Spektrum an jedem Punkt eines Feldes gleichzeitig gewonnen werden?
• Wie unterscheiden sich Linsenraster-, Faser- und Bildzerleger-Integral-Feld-Einheiten?
• Wie werden Spektren von Hunderten von Zielen gleichzeitig aufgezeichnet?
• Welche Herausforderungen bei der Datenreduktion ergeben sich aus diesen Techniken?

Key theories

Integral-Feld-Neuformatierung

Linsenraster, Faserbündel oder Bildzerleger ordnen das zweidimensionale Feld neu an, sodass ein konventioneller Spektrograph jede räumliche Abtaststelle dispergieren und einen Positions-Positions-Wellenlängen-Datenwürfel rekonstruieren kann.

Multiplex-Zielspektroskopie

Durch Roboter oder Steckplatten positionierte Fasern oder Mehrfachspaltmasken leiten Licht von vielen Zielen in einen Spektrographen, wodurch die Vermessungsgeschwindigkeit für die Spektroskopie um Größenordnungen erhöht wird.

Himmelsuntergrundsubtraktion und -reduktion

Da Fasern und Slices verschiedene Teile des Himmels und des Instruments abtasten, sind eine genaue Hintergrundsubtraktion und Faser-zu-Faser-Kalibrierung unerlässlich, um schwache Spektren zu erhalten.

Clinical relevance

Diese Techniken ermöglichen große spektroskopische Durchmusterungen von Galaxien und Sternen sowie die räumlich aufgelöste Untersuchung von Galaxien, Nebeln und Haufen; Integral-Feld-Datenwürfel kartieren Geschwindigkeitsfelder und Zusammensetzung über ausgedehnte Objekte in einer einzigen Aufnahme.

History

Die Integral-Feld-Spektroskopie wurde in den 1980er und 1990er Jahren mit dem TIGER-Instrument entwickelt, gefolgt von Bildzerlegern und großen Fasersystemen. Multi-Objekt-Spektrographen mit Hunderten bis Tausenden von Fasern treiben heute große Durchmusterungen voran, die die Positionen und Bewegungen einer Vielzahl von Galaxien und Sternen kartieren.

Key figures

• Roland Bacon
• Guy Monnet

Seminal works

• bacon1995
• eversberg2015

Frequently asked questions

Was ist ein Datenwürfel in der Integral-Feld-Spektroskopie?

Es handelt sich um einen dreidimensionalen Datensatz mit zwei räumlichen Achsen und einer Wellenlängenachse, sodass jeder Punkt im abgebildeten Feld ein vollständiges Spektrum aufweist. Das Schneiden des Würfels bei einer Wellenlänge ergibt ein Bild, während das Extrahieren eines räumlichen Punktes ein Spektrum liefert, wodurch Astronomen kartieren können, wie Zusammensetzung und Bewegung über ein Objekt variieren.

Wie beschleunigt die Multi-Objekt-Spektroskopie Durchmusterungen?

Anstatt ein Ziel nach dem anderen zu beobachten, leiten konfigurierbare Fasern oder Mehrfachspaltmasken Licht von vielen Zielen gleichzeitig in einen einzigen Spektrographen. Eine Durchmusterung, die Stern für Stern Jahre dauern würde, kann durch die Aufzeichnung von Hunderten oder Tausenden von Spektren pro Belichtung wesentlich schneller abgeschlossen werden.