会议报告

[Magellen望远镜10年探索-会议总结 1]

(各位同学,本文是我们做的一种新的尝试,即通过简单的总结的方式和大家分享一些会议和学术报告,我们了解到越来越多的同学有机会在研究生期间参加一些重要的学术会议,也有不少院系已经在通过固定的学术报告或者研讨会的形式来促进大家学习,我们在这里也希望大家能够把你听到的有意思的,有启发的报告分享出来!)

会议题目: A Decade of Exploration With The Magellan Telescopes
时间地点:April 26-28, 2011, The Huntington Library, San Marino, California, USA
会议主页:http://magellan10.obs.carnegiescience.edu/

会议背景:

今年是Magellan望远镜正式进入科学运行10周年的纪念,也是这架望远镜的主要设计者,Steve Shectman博士的60岁生日,作为望远镜的管理单位和Shectman博士工作了40年的地方,Carnegie天文台特意举办了一次科学会议,来庆祝这个值得纪念的日子。上周有幸能够全程参加了这次会议,也是我第一次参加这种形式的会议,因为是庆祝一架望远镜的运行,所有的报告人都是亲身作过观测的天文学家,大部分对仪器和观测都有非常深刻的认识,但他们工作的领域却是千差万别,仅这几天听的报告就涵盖了观测天文的几乎所有主要领域,很多报告展现出的科学想法让人不禁拍好叫绝,我也更加切身的体会到了对观测的认识和广阔的科学视野对一个天体物理工作者的重要性。特此把会议的一些感受和科学上值得关注的地方简单的和大家分享一下。


fig1

Fig.1: 位于智利Las Campanas天文台的Magellan望远镜。图片来自Magellan望远镜官方网站

Magellan望远镜:

Magellan望远镜是位于智利Las Campanas天文台的两架6.5米口径的望远镜的总称,两架望远镜分别的名字是BaadeClay,一个是德裔美籍天文学家,星族的发现者,一个是美国商人,Clay基金的建立者;两架望远镜在口径上并不突出,而且目前没有使用自适应光学系统,风头上显然不如KeckSubaruGemini,但是如果你了解这架望远镜的设计团队和使用他们的科学家,你会惊讶的发现,这两架望远镜的设计和建造,以及后续的仪器完善,是由如此紧凑和强悍的团队完成的,其中,正是Carnegie天文台的Steve Shectman在其中起到了核心的作用。Magellan望远镜是由Carnegie天文台(原Mt. Wilson天文台)和Arizona大学,Harvard大学,Michigan大学和麻省理工学院共同建造维护,分享时间的,不过Carnegie天文台独自占有了50%的时间。

Magellan望远镜的设计过程中,虽然也经历了因为经费和各种问题导致的尺寸缩水(原定8米),但是凭借着扎实的光学和结构设计,Las Campanas无与伦比的台址条件(自然视宁度不输世界上任何一个地方,0.4-0.5″的seeing在观测中比比皆是)和一系列为天文学家们量身定做的科学仪器,依然很好的完成了其设计期望,在科学产出上甚至超过了一些口径更大的望远镜(说到望远镜的口径问题,我觉得我们长期以来的一个误区就是觉得越大越好,其实望远镜的光学设计是很复杂的问题,大的口径不代表望远镜所有的观测能力都能提高,相反,4-6米的中等口径的望远镜配合上很好的仪器,可以有很多非常漂亮的科学工作)。虽然介绍望远镜和仪器设计上的技术细节超出了我的知识范围,但还是很希望简短的给大家介绍一下Magellan望远镜上的主要科学仪器:

  • 1. FIRE: (Folded port InfraRed Echellette),中等分辨率的近红外阶梯光栅光谱仪,工作在0.8-2.5micron波段,谱分辨率可达50km/s,非常适合研究恒星化学组成,超新星和AGN。
  • 2. FourStar: 大视场近红外巡天照相机,是4块CCD拼接成的4096×4096阵列,工作在JHK波段,视场可达11×11平方角分,相元尺度0.159″/pixel,真的是做星系和宇宙学的利器。
  • 3. IMACS: (Inamori Magellan Areal Camera and Spectrograph),Baade望远镜上的既可以成像又可以利用多狭缝Mask做多目标低分辨光谱的仪器,拥有24角分的良好视场,同时拥有非常好的扩展能力,可以根据科学家的需要安装各种“附件”
  • 4. LDSS: (Low Dispersion Survery Spectrograph),这是从Durham大学“租借”来的仪器,低色散多目标光谱仪
  • 5. Megacam: 拼接CCD照相机,由36块2048×4068的CCD拼接而成,拥有24×24’的视场和0.08″/pixel的良好采样,同时拥有8个滤光片,读出时间仅为20秒
  • 6. MIKE: (The Magellan Inamori Kyocera Echelle), 双阶梯高分辨光谱仪,非常适合恒星方面的研究
  • 除了上面提到的这些“热门”仪器,Magellan还有MagEPANIC等成熟设备和一系列正在测试的新设备,比如PFSMMIRS, M2FS等,Magellan的AO系统也在紧锣密鼓的研究中,相信即便在拥有了更大口径望远镜的不远未来,Magellan依然可以作为一架出色的光学近红外望远镜,活跃在天文学的前沿。之所以这里不厌其烦的介绍这些仪器,也是因为我们国家也渐渐的意识到了在观测上的巨大差距,除了参与未来30米望远镜的建造,还通过购买国外望远镜时间的方法,开始让更多的中国天文学家能使用一流的望远镜和设备(具体请关注TAP项目)。作为未来天文工作者的我们,必须慢慢的让我们自己学会使用这些仪器,更重要的是,结合仪器设备,从观测角度来思考问题。

    报告摘要:

    这里简单的总结一下会议第一天的部分精彩报告内容,后面两天的报告请稍加等待:

    1. 贫金属恒星的搜寻与化学研究:(报告人:Josh Simon)


    fig2

    Fig.2: Magellan上的MIKE光谱仪拍摄的极贫金属星的光谱,上面是一颗金属丰度为太阳万分之五的恒星的对照光谱。(图片来自Simon et al. 2010)

    极贫金属星的研究是现在恒星和星系天文学两个领域的共同热点,对于恒星演化理论,恒星形成对环境的依赖,第一代恒星的形成条件,和初始质量函数的关系,以及星系环境中的增丰和化学演化都有着密不可分的关系。简单的说,我们认为大多数比氦重的元素(在天文学中称为金属)主要是依靠恒星演化中的核合成过程形成的,随着宇宙演化,新生的恒星应该比前一代的恒星有更多的金属元素,因此我们观测到的贫金属星,只有两种情况,1. 诞生于宇宙极早期,2. 形成环境比较特殊,没有经过周围恒星的增丰,可以想见,天文学家对这种天体的追求就像古生物学家期望亲眼看到恐龙一样热切。

    目前关于贫金属星的定义是金属丰度小于太阳丰度千分之一的恒星,而且天文学家们逐渐把这个数值推进到了万分之一;Josh的报告中重点介绍了在Magellan上实践的搜寻贫金属恒星的方法,以往用的方法主要是利用高分辨光谱仪长时间曝光得到的高信噪比光谱,而候选星主要来自颜色选择,这样的方法效率太低;此外,还有利用中等分辨光谱,用恒星光谱中的CaII三重线来研究,效率是提高了,但CaII线对低金属丰度不够敏感的毛病又成了瓶颈;Josh的方法其实来自于80年代的工作(参见Beers,Preston&Shectman 1985),利用光谱中的Ca H/K线的等效宽度来找低金属丰度恒星的候选,这样的方法有一定的风险,但效率其实是大大提高的,而且Magellan的双镜构造可以让天文学家用一架望远镜搜寻,另一架望远镜做高分辨光谱的后续观测,也弥补了方法中的不足

    关于贫金属星的相关研究林林总总,不胜枚举,这里仅仅简单的指出两个很有意思的地方:1. 现在发现在不同光度的星系中找到的极贫金属星的元素丰度模式(Abundance Pattern,不同元素,比如Fe, Ca, Ti, Ba等,相互之间的含量比值)非常接近,似乎在暗示我们,宇宙早期化学演化的一种可能的普适的图象(Universal Scenario); 2. 另外,对一些矮星系的研究发现整个星系普遍缺乏金属,比如Leo IV这样的一个小星系中,铁元素的总量可能在0.04太阳质量左右,而一颗Ia型超新星的贡献就可以达到0.03太阳质量,这个现象对低金属环境下的星系化学演化和恒星的增丰机制提出了新的问题。

    对这个话题,感兴趣的同学可以参考下面的文章:Helmi et al. 2006; Simon et al. 2010; Starkenburg et al. 2010; Frebel, Kirby&Simon. 2010; Frebel 2010 以及延伸阅读。

    2. 引力透镜研究与望远镜自身成像缺陷:(报告人: Paul Schechter)


    fig3

    Fig.3: 在Shack-Hartman波前检验下的5阶的Coma场模式,中间的图代表了一架光学子系统排列良好的望远镜的特征模式,而左右的模式则代表了光学系统中的倾斜和不共轴现象。(图片来自Schecther&Sobel Levinson2010)

    这是第一天报告中让我印象最为深刻的,报告人是MIT教授Paul Schechter,相信所有对星系有所了解的同学一定知道星系光度函数的Schechter形式, 他最近的研究集中在利用高红移QSO的引力透镜进行宇宙学研究,限制黑洞吸积盘模型等等,不过他的这个报告确实关于观测中和望远镜特性相关的问题的,非常给人启发。

    在强引力透镜的研究中,常常需要对引力透镜成像进行细致的测量得到各种有意义的物理参数,这里面无论是像本身的形状还是两个分离像之间的距离都是非常关键的。但是很少有人会想象,望远镜,尤其是像Keck,Magellan这样,有很多面镜子组成的望远镜,即便在有了主动光学系统的支持下,也会出现各种成像瑕疵,这些瑕疵对引力透镜这样的观测测量有潜在的影响。

    利用望远镜的Shack-Hartman检测方法,望远镜焦面上的各种成像瑕疵,可以利用极坐标下的多项式展开进行分解,分别描述不同种类的形变,这里面主要的有Piston(\rho_0项), 倾斜(tilt, \rho \sin\theta;\cos\theta项), 失焦(defocus, \rho^2项), 散光(astigmatism, \rho^2 \sin 2\theta; \cos 2\theta项), Coma(\rho^3\sin\theta;\cos\theta项), Trefoil(\rho^3\sin3\theta;\cos3\theta项)。如果你仔细考虑一下引力透镜效应,把他也考虑成一种“成像”效应,我们所有的引力透镜的观测效应可以总结为3D+F:1. Delay (时间延迟,比如QSO不同像光变之间的时间延迟可以限制吸积盘大小);2. Deflection(偏转); 3. Distortion(形变); 4. Flexion(曲率,弱引力透镜的测量量), 都可以和上面提到的望远镜像差产生一一对应的关系,换句话说,如果你对望远镜本身光学系统产生的影响不够清楚的情况下,你对引力透镜成像进行的各种测量都是带有系统误差的。

    但是既然是系统误差,就有办法消除,报告人在这里还指出了一个非常有意思的应用,叫做“subspace of benign misalignment”,简单的说,对于由N>3面子镜组成的光学系统,都存在这样一组构型,可以使得所有的三阶的Coma,散光等像差刚好等于零。由此可见,不深入的了解望远镜光学系统,甚至不能够正确的理解你的观测,更不知道如何改善观测,这也是为什么像Schechter这样深究理论天体物理的人却要对观测和仪器上的问题如此严谨的原因吧。具体的很多细节其实已然超出了我知识的理解范围,大家参考Schechter本人的工作以及关于利用引力透镜的”3D”观测效应来限制Hubble常数的报告吧。

    3. Magellan望远镜与超大质量黑洞研究:(报告人: Jenny Greene)


    fig4

    Fig.4: Magellan观测下的从SDSS中选出的红移小于0.45的遮挡(Obscured)类星体. (图片来自Greene et al. 2011)

    相信所有对AGN和超大质量黑洞有所涉猎的同学一定会知道Jenny Greene的名字, 她曾经是Princeton/Carnegie Fellow,利用包括Magellan在内一系列大望远镜对邻近和遥远的活动星系核做了很多出色的工作,让人非常的佩服,这大概也是为什么她能在这么短的时间里拿到Princeton的正式职位的吧。这次她的报告更像是一个总结,内容涉及了

  • 1. Extended Narrow Line Region
  • 2. Lyman Break 星系中的AGN活动(Hainline et al. 2010)
  • 3. Obscured AGN中的反馈活动(Jenne et al. 2011)
  • 4. 伪核球星系中心的超大质量黑洞是否有相同的标度关系(黑洞质量与核球质量的关系)(Greene et al. 2010, Jiang et al. 准备中)
  • 5. 双峰发射线AGN中真实双黑洞的比例(Liu et al. 2010, Liu et al. 2011, Shen et al. 2010)
  • 关于这些内容的具体细节,请大家参考给出的文章链接和延伸阅读;值得一提的是,在Jenny Greene的报告中,展示了很多和中国学生的出色的合作工作,这确实是一件很让人高兴的事情!

    收获与感受:

    第一天的报告简单介绍这些,还有一些很有意思的报告留给下一次,最终的总结也请大家稍等。这个会议的形式和一般的专题会议不一样,因为是庆祝一架望远镜的10周年,所有的报告都是围绕着利用这架望远镜进行的观测展开,但所涉猎的内容十分广泛,包括了系外行星,恒星演化,引力透镜,金牛座T型星,星系恒星形成率演化……让人应接不暇,这些报告和我听到的讨论带给我的最大冲击就是,未来对我们的要求真的很高,不仅要求我们术业有专攻,能够耐心细致的做好自己的研究,还要有非常广阔的学术视野,决不能一叶障目,坐井观天;此外,更好的了解观测,甚至了解仪器,也应该成为我们将来学习工作中重要的一环。

    延伸阅读:

  • 1. Magellan望远镜的技术页面,有很多有用的信息
  • 2. Las Campanas天文台主页上的Magellan信息
  • 3. 关于极端贫金属星的一篇很好的介绍(PS格式)
  • 4. Frebel关于极端贫金属星的报告,很直观
  • 5. Shack-Hartman波前检测的历史与发展
  • 6. 关于望远镜像差形成和种类的简单介绍
  • 7. 下一代大望远镜中由Alignment问题引入的像差
  • 8. Aaron Barth关于邻近星系中低质量黑洞的报告
  • 9. Jenny Greene关于Obscured AGN与黑洞成长关系的报告
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    讨论

    16 thoughts on “[Magellen望远镜10年探索-会议总结 1]

    1. piston是平移
      astigmatism是象散

      subspace of benign misalignment是说对3个以上的拼接镜面的优化还是对拥有三个面以上的整个光学系统的优化?

      Posted by robinmartin | 五月 3, 2011, 6:05 下午
    2. 以前一直不知道Schechter是我们这个时代的人物

      Posted by Zheng Cai | 五月 3, 2011, 12:23 下午
      • 那你得先定义时代了。。他和Steve Shectman都是James Gunn的学生,全都是从仪器做到宇宙学的怪物,要知道Steve当年可是最早从观测上研究大尺度结构的人之一,只不过后来玩仪器上瘾,看文章都是浮云了;他们俩和曾经的美国天文学会主席Robert Kirshner都是Caltech相隔一届的学生,私交似乎很不错,现在MIT,Harvard和Carnegie一直合作很紧密,造望远镜也是一起来;Schechter似乎是个很有个性的人物,用我老板的话说:他喜欢的人很少很少。。。。

        Posted by Song Huang | 五月 3, 2011, 12:53 下午
    3. 话说对“Delay (时间延迟,比如QSO不同像光变之间的时间延迟可以限制吸积盘大小)”非常感兴趣,不知道这种方法work过没有,还听说这种方法可以限制宇宙学。

      ”Obscured AGN中的反馈活动“ 还记得这个反馈是啥吗?我就乱说了,对SFR的反馈还是对outflow成因的研究?

      Posted by Zheng Cai | 五月 3, 2011, 12:21 下午
      • 这个延迟我不了解,不过报告中提到,现在有证据是说是从光学和X射线的流量比的变化上限制,如果你把前景星系看成透镜的话,用“Schechter”的原话说,恒星等各种结构可以看成“气泡”,透镜中的气泡能否对成像产生非常显著的效果,要看所成像的背景天体中结构相对于这些气泡的大小,对于QSO,产生X-ray和发出光学辐射的尺度显然是不一样的,因而发生光变时,受到的影响会不一样,(这个最好存疑一下,我完全时凭印象拼命想的,只有一页PPT的东西);那个Feedback,似乎指的是Outflow吧

        Posted by Song Huang | 五月 3, 2011, 1:02 下午
    4. 先赞后看:)

      Posted by Zheng Cai | 五月 3, 2011, 12:05 下午
    5. 现在可以用普通用户发文章?

      Posted by Hou, Lei | 五月 3, 2011, 10:06 上午
    6. 上周老师还讲过Coma(彗差)之类的

      Posted by chentao | 五月 3, 2011, 9:39 上午
    7. Fig3怎么没显示?

      Posted by 蒋雪健 | 五月 3, 2011, 9:30 上午
    8. Jenny Greene应该是拿的UT的职位吧

      Posted by WANGTAO | 五月 3, 2011, 9:06 上午

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