Gems first science results
经过101个夜晚的调试，双子座MCAO系统（GeMS）于2012年12月开始科学运行。在简要介绍了GeMS的特性之后，我们描述了GeMS的整体性能，然后重点介绍了GeMS获得的第一批科学结果，说明了这种新型Gemini仪器的独特功能。
2014-01-09 astro-ph.IM
LINC-NIRVANA Commissioning at the Large Binocular Telescope -- Lessons Learned
LINC-NIRVANA（LN）是大双筒望远镜（LBT）上的仪器之一。LN是一款高分辨率近红外成像仪，配备了先进的自适应光学模块。LN实现了面向层的多共轭自适应光学（MCAO）方法，使用两个独立的波前传感器的每一侧的双目望远镜测量湍流体积以上的望远镜。从两个不同的视场同时获取多达20颗自然引导星的能力，并将它们用于望远镜每侧20个独立金字塔的波前传感，使LN MCAO系统成为独一无二的。左MCAO通道的调试已接近完成，而右臂的调试正在进行中。左侧的科学验证预计将在MCAO性能针对微弱的引导星进行优化后不久开始。在本文中，我们总结了LN MCAO模块调试过程中的经验教训。我们希望并相信，本文将有助于未来的MCAO仪器调试团队。
2021-12-02 astro-ph.IM
Entering into the Wide Field Adaptive Optics Era on Maunakea
作为美国国家科学基金会资助的“多信使天文学时代的双子座”（GEMMA）计划的一部分，双子座天文台正在开发GNAO，这是一个用于Maunakea的Gemini-North的宽视场自适应光学（AO）设施，是北半球美国天文学家唯一的8米级开放式望远镜。GNAO将为用户社区提供一个可操作的多共轭AO（MCAO）系统，实现广泛的创新太阳系，银河系和河外科学，特别关注与JWST在时域天文学领域的协同作用。GNAO的工作建立在机构投资和2013年在双子座南部委托的更有限的区块计划双子座多共轭系统（GeMS）的经验基础上。该项目涉及通过最近成立的双子座AO工作组和GNAO科学小组以及外部仪器小组与社区建立密切的伙伴关系。GNAO的模块化设计在与自适应次镜（ASM）结合使用时，将能够按计划升级到地面层AO（GLAO）模式。通过将自然视宁度提高两倍，GLAO将大大提高双子座北星座对视宁度有限仪器的观测效率，并加强其对多信使天文学的观测能力。
2021-02-15 astro-ph.IM
Optimal stellar photometry for multi-conjugate adaptive optics systems using science-based metrics
我们提出了一个详细的讨论，如何获得精确的恒星测光在拥挤的领域使用图像的多共轭自适应光学（MCAO）系统，目的是通知科学发展的这一关键技术的极大望远镜。我们利用Gemini South卫星上的Gemini多共轭自适应光学系统（GeMS）对NGC 1851的深J和K_s曝光量进行了定量分析，并利用PSF拟合技术提出了恒星测光的最佳策略。我们通过使用基于科学的指标，特别是主序列关闭区域的宽度，来判断我们采用的各种方法的成功。我们还比较了GeMS测光与精细的HST数据在可见光的同一目标。我们表明，由GeMS产生的PSF具有显着的空间和时间的变化，必须占在分析过程中。我们表明，大多数的PSF的变化发生在MCAO系统的“控制半径”，并获得最佳的测光时，选择的PSF半径密切匹配这个空间尺度。我们确定光度校准作为下一代MCAO系统，如TMT和E-ELT的关键问题。我们的最终CMD达到K_s~22-低于主序膝盖-使其成为地面上可获得的最深的球状星团之一。理论等时线与我们从主序星膝下到红巨星支上的恒星轨迹非常吻合。
2017-02-27 astro-ph.IM
First performance of the gems + gmos system. Part1. Imaging
在双子座MCAO系统（GeMS）的调试期间，我们有机会在2012年3月和5月获得双子座南天文台使用最多的仪器双子座多目标光谱仪（GMOS）的数据。在成像模式下观察到几个球状星团，使我们能够研究这种新的未经测试的组合的性能。GMOS是一种可见光仪器，因此将MCAO推向可见光。我们在这里报告GMOS仪器的结果，从半高宽（FWHM）和吞吐量方面得出测光性能。在大多数情况下，我们获得了一个改善因子至少为2对自然看到。这一结果也取决于选择的自然导航星星座的观测，然后我们研究了导航星的选择对FWHM性能的影响，我们还得到了第一个天体测量分析表明，GeMS+GMOS系统提供了一个绝对天体测量精度优于8mas和相对天体测量精度低于50 mas。
2016-04-12 astro-ph.IM
Astrometry with MCAO at Gemini and at ELTs
在这项研究中，我们提出了第一次分析的绝对天体测量相对于背景星系的天体测量误差预算使用自适应光学。我们使用这种分析的多共轭自适应光学（MCAO）与GeMS/GSAOI在南双子座获得的图像。我们发现，在一个随机场中，利用微弱的背景星系，在源上1小时的情况下，获得0.3质量的参考精度是可能的。系统误差在该水平以下是可校正的，使得总误差约为0.4质量。由于参考源的扩展，我们发现有必要校正PSF质心对所用孔径大小的依赖性，否则会导致重要的偏差。这种效应也需要考虑到极大望远镜（ELT）。当这种效应被校正后，ELT有可能在5年的基线上以10 km/s的精度测量M31周围矮星系的自行。
2016-01-11 astro-ph.IM
Gemini Frontier Fields: Wide-field Adaptive Optics $K_s$-band Imaging of the Galaxy Clusters MACS J0416.1-2403 and Abell 2744
利用双子座多共轭自适应光学系统（GeMS）和双子座南自适应光学成像仪（GSAOI）观测了六个前沿场星系团中的两个，MACS J0416.1-2403和Abell 2744。对于0.08”-0.10”FWHM，我们的数据在100“x100”宽的区域上几乎是衍射限制的。GeMS/GSAOI以两倍的角分辨率补充了1.6微米的哈勃太空望远镜（HST）。对于致密源，我们达到Ks = 25.6 mag（AB）的5 σ深度。在本文中，我们描述了观察，数据处理和最初的公共数据发布。我们提供完全校准的、与原生GSAOI像素尺度匹配的共同添加的图像以及HST版本的更大的板尺度，增加了Frontier Fields的传统价值。我们的工作表明，即使是在高银河系纬度的领域，那里的自然向导星是罕见的，目前的多共轭自适应光学技术在8米望远镜打开了一个新的窗口遥远的宇宙。计划对第三个前沿场Abell 370进行观测。
2015-03-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Gemini Planet imager Observational Calibrations X: Non-Redundant Masking on GPI
Gemini Planet Imager（GPI）Extreme自适应光学Coronograph包含干涉模式：在其光瞳轮中的10孔非冗余掩模（NRM）。GPI在$Y, J, H$和$K$波段工作，使用积分场单元摄谱仪（IFS）获得每个图像像素的光谱数据。GPI上的NRM能够在中等对比度下以半分辨率元件内部工作角成像，探测日冕斑点后面的区域。NRM PSF的精细功能可以提供对板刻度的可靠检查，同时还可以作为光谱标准校准器的衰减器，否则会使整个瞳孔饱和。NRM调试数据提供关于光学器件中的波前误差以及自适应光学控制的操作的细节，而无需来自校准系统的指向控制。我们比较实验室和天空的结果，以评估系统的仪器性能，并检查在连续曝光的稳定性数据。我们讨论了早期的天空性能，比较图像集成和测试与第一个天空图像，并演示解决一个已知的二进制。我们讨论了自然资源管理的现状和对未来科学的启示。
2014-07-09 astro-ph.EP astro-ph.IM
Stellar photometry with Multi Conjugate Adaptive Optics
本文综述了在8- 10米望远镜上使用多共轭自适应光学（MCAO）对天空进行测光分析的现状。将特别注意分辨的恒星星族研究。拥挤恒星系统中的恒星，如球状星团或邻近星系中的恒星，是测试AO性能的理想测试粒子。我们将集中讨论目前达到的光度精度和准确度。我们简要地描述了我们的项目的恒星测光和银河系球状星团的天体测量使用的图像与宝石在双子座南望远镜。我们还提出了测光与DAOPHOT套件的程序到这些球状星团的拥挤区域达到非常微弱的极限星等Ks ~21.5等的中等大视场（~1.5弧分平方）。我们强调需要新的算法，以提高整个视场的点扩散函数的复杂变化的建模。最后，我们概述的作用，大样本的恒星标准提供了一个详细的描述MCAO的性能和精确和准确的颜色{星等图。
2016-08-04 astro-ph.IM
GHOST Commissioning Science Results II: a very metal-poor star witnessing the early Galactic assembly
研究利用GHOST观测PIGS中的极贫金属恒星P180956，通过其元素丰度与轨道特征推断它形成于早期被吸积的超暗矮星系样系统。
2024-01-20 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Gemini Infrared Multi-Object Spectrograph: Instrument Overview
双子座红外多目标摄谱仪（GIRMOS）是一个强大的新仪器，正在建造的设施级标准的双子座望远镜。它利用了自适应光学和积分场光谱仪的最新发展。GIRMOS将利用多物体自适应光学，对两角分视场内的四个物体同时进行高角度分辨率、空间分辨的红外（$1-2.4$ $μ$ m）光谱分析。这种能力目前在世界上任何地方都不存在，因此在天文学研究的非常广泛的主题上提供了重大的科学收益。例如，目前对高红移星系的研究计划正在推动$8-10$米级设施的红外光谱学的极限，因为每个目标需要长达几个晚上的观测时间。因此，利用自适应光学同时观测多个目标，对于有效利用望远镜时间和获得统计上有意义的样本进行高红移科学研究是绝对必要的。预计2023年投入使用，GIRMOS的能力也将使其成为2021年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜的关键后续仪器，以及未来30米望远镜（TMT）多目标光谱仪器的真正科学和技术探路者。在本文中，我们将介绍该仪器的功能和整体架构的概述。我们还强调了该仪器如何为未来的TMT早期仪器奠定基础。
2018-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
GeMS/GSAOI photometric and astrometric performance in dense stellar fields
在8 m级望远镜上的地面成像仪，在多共轭自适应光学的辅助下，是在稠密恒星场中获得精确测光和自行的主要设施。利用Gemini多共轭自适应光学系统（GeMS），在不同的观测条件下，对球状星团Liller 1和NGC 6624的中心区域进行了观测。我们用半高宽（FWHM）、斯特列尔比（SR）和环绕能量（EE）表征了恒星的点扩散函数（PSF）。我们发现，对于亚弧秒看到在所观察的气团，衍射极限PSF FWHM（$\approx$ 80 mas），SR $\sim40\%$和EE $\ge50\%$与周围的分散在85”x 85”的视场$10\%$，可以在$K_s$带中获得。在$J$带中，最佳图像提供60和80 mas之间的FWHM、SR $>10\%$和EE $>40\%$。对于观测到的超过1”的气团，性能变差，但仍然可以使用$J$中的$25\%$ EE和$K_s$中的$40\%$进行PSF拟合测光。我们还计算了GeMS/GSAOI的几何畸变，并在高拥挤的恒星场中获得了天体测量精度为$\sim$ 1 mas的校正图像。
2016-10-11 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
Correction of distortion for optimal image stacking in Wide Field Adaptive Optics: Application to GeMS data
宽视场自适应光学（WFAO）系统的出现标志着高空间分辨率成像新时代的开始。新投入使用的Gemini South多共轭自适应光学系统（GeMS）与红外相机Gemini South自适应光学成像仪（GSAOI）相结合，可在2弧分的视场内提供准衍射极限图像。然而，尽管这种优异的性能，一些可变的残留物仍然限制了分析的质量。特别是畸变严重影响GSAOI，成为高精度天体测量和测光的关键问题。在本文中，我们研究了一种最佳的方法来纠正失真的逆问题的方法。形式化以及应用的GeMS数据。
2016-07-18 astro-ph.IM astro-ph.SR
Layer Oriented Wavefront sensor for MAD on Sky operations
多共轭自适应光学演示器（MAD）已成功地在天空中演示了星定向（SO）和层定向（LO）多共轭自适应光学技术。虽然SO已经实现了使用3夏克哈特曼波前传感器（WFS），我们设计了一个多金字塔WFS的LO。MAD工作台可容纳两个WFS和一个选择镜，允许选择使用哪种传感器。在LO方法中，多达8个金字塔可以放置在尽可能多的参考星上，并且它们的光在两个不同的CCD上光学地共同添加到地面和高层共轭。在本文中，我们讨论了LO调试阶段和天空操作。
2009-11-25 astro-ph.IM
A method to directly image exoplanets in multi-star systems such as Alpha-Centauri
太阳系外行星的直接成像现在已经成为现实，特别是随着第一代专业地面仪器的部署和调试，如双子座行星成像仪和SPHERE。这些系统将允许探测比其主星暗$10^7$倍的类彗星行星。要达到这个对比度甚至更高的水平，需要结合日冕仪来抑制来自主星的光线，以及波前控制系统，包括一个可变形镜（DM）来消除望远镜缺陷产生的残余星光（散斑）。然而，所有这些当前和未来的系统都专注于探测单个宿主恒星周围的微弱行星，而几个目标或行星候选者位于附近的双星周围，如我们的邻居恒星半人马座阿尔法星。在这里，我们提出了一种方法来同时纠正像差和光的衍射来自目标恒星以及它的伴星，以揭示围绕目标恒星的行星。这种方法利用混叠效应，即使伴星在DM的控制区域之外（超过其半奈奎斯特频率）也有效。
2015-10-08 astro-ph.IM
Production of Phase Screens for Simulation of Atmospheric Turbulence
在实验室中模拟大气湍流的能力是测试和开发天文自适应光学技术的关键部分。我们报告的技术发展，用于创建相位板，其中涉及到透明的丙烯酸涂料到透明基板上的战略应用。这些板的干涉表征的结果进行了描述和比较Kolmogorov统计。到目前为止，达到的r 0（弗里德参数）的范围是0.2 - 1.2 mm，符合柯尔莫哥洛夫幂律。这些相位板已被加州大学圣克鲁兹分校的自适应光学实验室成功地用于多共轭自适应光学测试平台，作为Villages（可见光激光导星实验）校准系统的一部分，并在Gemini行星成像仪的集成和测试过程中使用。该方法已被证明是一种有效的和低成本的手段来模拟湍流。我们现在正在向AO社区的其他成员分发盘子。
2012-09-21 astro-ph.IM
Multiconjugate Adaptive Optics for Astronomy
自2000年以来，自适应光学（AO）已经出现了各种新的概念，以满足特定的科学需求，多共轭自适应光学（MCAO）是其中之一。通过使用多个波前传感器和层析成像相位重建方法来校正3D中的大气湍流，MCAO旨在在大于1弧分平方的视场内提供近红外中的均匀衍射限制图像，即，面积比经典的单共轭AO大10至20倍。在这篇综述中，我们简要地回顾了AO的原理和局限性，然后重点介绍了MCAO的特定方面，如断层扫描和特定的MCAO误差源。我们目前的例子和结果，从过去或目前的系统：MAD（多共轭自适应光学演示）和GeMS（双子座MCAO系统）的夜间天文学和AO系统，在大熊的太阳天文学。我们研究MCAO性能（Strehl比高达40%，在H波段和半高全宽下降到52 mas的情况下，MCAO），特别关注测光和天体测量精度，并得出结论，考虑未来的MCAO在极大望远镜和后HST时代。
2020-03-06 astro-ph.IM
Cn2 and wind profiler method to quantify the frozen flow decay using wide-field laser guide stars adaptive optics
利用5个Shack-Hartmann波前传感器的斜率的时空互相关分析了不同高度上大气湍流层的时间演化。重点是冻结流假设的验证。这些数据来自Gemini South多共轭自适应光学系统（GeMS）。首先，介绍了Cn 2和风廓线技术。该方法为AO系统的操作提供了有用的信息，例如现有湍流层的数量，它们的相关速度，高度和强度，以及估计圆顶对总湍流的贡献的机制。接下来，通过识别湍流层，我们表明，它是可能的，以估计湍流测量之间的相关性的时间衰减率。我们减少了在2011年，2012年和2013年活动期间获得的天空数据，第一个结果表明，时间去相关率可以用一个独立于层高度和湍流强度的参数来表示。最后，我们表明，冻结流贡献的衰减率随层速度线性增加。观察到的衰减率的演变证实了预测控制的宽场AO系统的潜在利益。
2014-02-27 astro-ph.IM
Beam shaping for laser-based adaptive optics in astronomy
基于激光的自适应光学（AO）系统的可用性和性能在很大程度上取决于被投射到天空之前的激光束的功率和质量。在具有自由空间光学器件的激光系统中，通常需要频繁且耗时的对准过程来优化光束。尽管有这些程序，在南双子座多共轭自适应光学系统（GeMS）运行的头两年期间，已经观察到激光束的显著畸变。为了提供天文自适应光学激光质量的自动优化，研究了双变形镜光束整形的概念。本研究的目的是证明准静态像差的激光，在振幅和相位的校正，测试的原型，这两个变形镜的概念上的GeMS。本文介绍了实验阶段之前的准备研究结果。提出了一种基于相位恢复技术的幅相校正控制算法，并给出了一种新的解缠方法。它的性能进行评估，通过数值模拟，使用像差测量GeMS作为参考。结果预测有效的振幅和相位校正的激光失真与约120致动器每镜和1.4米之间的分离的镜子。由于校正，光斑尺寸估计可减少高达15%。在AO噪声水平方面，这与将光子通量增加40%具有相同的益处。
2014-05-21 astro-ph.IM
Optimal correction of distortion for High Angular Resolution images. Application to GeMS data
无论是地基还是天基，任何光学仪器都存在一定程度的光学几何畸变。近年来，空间望远镜和地面望远镜上的自适应光学（AO）校正仪器所提供的衍射极限图像质量增加了光学畸变引起的误差项的相对重要性。特别是，多共轭自适应光学（MCAO）数据中存在的可变失真限制了这种高分辨率仪器的天体测量和测光精度。从那时起，处理这些现象的能力就成为高精度研究的一个关键问题。本文提出了一种高角分辨率图像畸变校正的优化方法。基于静态失真的先验知识，该方法旨在针对每个观测集和每个帧校正动态失真。该方法遵循的逆问题的方法的基础上所做的工作Gratadour等人。2005年的图像重新定心，我们的目标是推广到任何一种失真模式。完整的形式主义的加权最小二乘最小化，以及详细的表征的错误预算。特别是，我们研究了不同参数的影响，如帧的数量和密度的字段（稀疏或拥挤的图像），噪声水平，和混叠效应。最后，我们展示了第一个应用程序的方法与双子座MCAO仪器，GeMS/GSAOI收集的实际观测。给出了该方法的性能以及所带来的增益。
2017-09-25 astro-ph.IM
Towards Precision Photometry with Extremely Large Telescopes: the Double Subgiant Branch of NGC 1851
目前正在建造的极大望远镜的收集面积比目前最大的光学望远镜大一个数量级。对于视见受限的观测，性能将与收集面积成比例，但是随着自适应光学的成功使用，对于许多应用，性能将与$D^4$成比例（其中$D$是主镜的直径）。因此，ELT成功的核心是成功使用多共轭自适应光学（MCAO），其在比限制经典自适应光学系统的几个角秒大的视场上应用高度校正。在这封信中，我们报告的分析拥挤的领域采取的银河系球状星团NGC 1851的中心区域的$K_s$波段使用GeMS在双子座南望远镜，唯一的科学级的MCAO系统的操作。我们使用这个集群作为基准，以验证实现精确的近红外测光的能力，提出最深的$K_s$测光在拥挤的领域曾经从地面获得。我们结合HST/ACS的F606 W波段构造了一个色星等图。除了探测到$K_s\simeq20.5$低序带的“膝”外，我们还探测到NGC 1851的双子巨星分支，这表明GeMS在拥挤的领域具有很高的测光精度。
2015-09-06 astro-ph.GA astro-ph.IM
