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Excalibur: A Nonparametric, Hierarchical Wavelength Calibration Method for a Precision Spectrograph
The Astronomical Journal ( IF 5.3 ) Pub Date : 2021-01-20 , DOI: 10.3847/1538-3881/abd105 Lily L. Zhao 1, 2 , David W. Hogg 2, 3, 4, 5 , Megan Bedell 2 , Debra A. Fischer 1
The Astronomical Journal ( IF 5.3 ) Pub Date : 2021-01-20 , DOI: 10.3847/1538-3881/abd105 Lily L. Zhao 1, 2 , David W. Hogg 2, 3, 4, 5 , Megan Bedell 2 , Debra A. Fischer 1
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Excalibur is a non-parametric, hierarchical framework for precision wavelength-calibration of spectrographs. It is designed with the needs of extreme-precision radial velocity (EPRV) in mind, which require that instruments be calibrated or stabilized to better than $10^{-4}$ pixels. Instruments vary along only a few dominant degrees of freedom, especially EPRV instruments that feature highly stabilized optical systems and detectors. Excalibur takes advantage of this property by using all calibration data to construct a low-dimensional representation of all accessible calibration states for an instrument. Excalibur also takes advantage of laser frequency combs or etalons, which generate a dense set of stable calibration points. This density permits the use of a non-parametric wavelength solution that can adapt to any instrument or detector oddities better than parametric models, such as a polynomial. We demonstrate the success of this method with data from the EXtreme PREcision Spectrograph (EXPRES), which uses a laser frequency comb. When wavelengths are assigned to laser comb lines using excalibur, the RMS of the residuals is about five times lower than wavelengths assigned using polynomial fits to individual exposures. Radial-velocity measurements of HD 34411 showed a reduction in RMS scatter over a 10-month time baseline from $1.17$ to $1.05\, m\,s^{-1}$.
中文翻译:
Excalibur:一种用于精密光谱仪的非参数分层波长校准方法
Excalibur 是一种用于光谱仪精确波长校准的非参数分层框架。它的设计考虑到了极精密径向速度 (EPRV) 的需求,这要求将仪器校准或稳定到优于 $10^{-4}$ 像素。仪器仅沿几个主要自由度变化,尤其是具有高度稳定的光学系统和探测器的 EPRV 仪器。Excalibur 通过使用所有校准数据来构建仪器所有可访问校准状态的低维表示,从而利用此属性。Excalibur 还利用了激光频率梳或标准具,可生成一组密集的稳定校准点。这种密度允许使用非参数波长解决方案,它可以比参数模型(例如多项式)更好地适应任何仪器或检测器的奇怪之处。我们使用来自使用激光频率梳的极精密光谱仪 (EXPRES) 的数据证明了该方法的成功。当使用 excalibur 将波长分配给激光梳线时,残差的 RMS 比使用多项式拟合分配给单个曝光的波长低约五倍。HD 34411 的径向速度测量结果显示 10 个月时间基线上的 RMS 散射从 $1.17$ 减少到 $1.05\, m\,s^{-1}$。当使用 excalibur 将波长分配给激光梳线时,残差的 RMS 比使用多项式拟合分配给单个曝光的波长低约五倍。HD 34411 的径向速度测量结果显示 10 个月时间基线上的 RMS 散射从 $1.17$ 减少到 $1.05\, m\,s^{-1}$。当使用 excalibur 将波长分配给激光梳线时,残差的 RMS 比使用多项式拟合分配给单个曝光的波长低约五倍。HD 34411 的径向速度测量结果显示 10 个月时间基线上的 RMS 散射从 $1.17$ 减少到 $1.05\, m\,s^{-1}$。
更新日期:2021-01-20
中文翻译:
Excalibur:一种用于精密光谱仪的非参数分层波长校准方法
Excalibur 是一种用于光谱仪精确波长校准的非参数分层框架。它的设计考虑到了极精密径向速度 (EPRV) 的需求,这要求将仪器校准或稳定到优于 $10^{-4}$ 像素。仪器仅沿几个主要自由度变化,尤其是具有高度稳定的光学系统和探测器的 EPRV 仪器。Excalibur 通过使用所有校准数据来构建仪器所有可访问校准状态的低维表示,从而利用此属性。Excalibur 还利用了激光频率梳或标准具,可生成一组密集的稳定校准点。这种密度允许使用非参数波长解决方案,它可以比参数模型(例如多项式)更好地适应任何仪器或检测器的奇怪之处。我们使用来自使用激光频率梳的极精密光谱仪 (EXPRES) 的数据证明了该方法的成功。当使用 excalibur 将波长分配给激光梳线时,残差的 RMS 比使用多项式拟合分配给单个曝光的波长低约五倍。HD 34411 的径向速度测量结果显示 10 个月时间基线上的 RMS 散射从 $1.17$ 减少到 $1.05\, m\,s^{-1}$。当使用 excalibur 将波长分配给激光梳线时,残差的 RMS 比使用多项式拟合分配给单个曝光的波长低约五倍。HD 34411 的径向速度测量结果显示 10 个月时间基线上的 RMS 散射从 $1.17$ 减少到 $1.05\, m\,s^{-1}$。当使用 excalibur 将波长分配给激光梳线时,残差的 RMS 比使用多项式拟合分配给单个曝光的波长低约五倍。HD 34411 的径向速度测量结果显示 10 个月时间基线上的 RMS 散射从 $1.17$ 减少到 $1.05\, m\,s^{-1}$。