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The VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) is a wide-field reflecting telescope with a 4.1 metre mirror, located at the Paranal Observatory in Chile. It is operated by the European Southern Observatory and started science operations in December 2009. VISTA was conceived and developed by a consortium of universities in the United Kingdom led by Queen Mary University of London[1] and became an in-kind contribution to ESO as part of the UK's accession agreement, with the subscription paid by the UK Science and Technology Facilities Council (STFC).[2]
VISTA is a survey telescope working at infrared wavelengths, and is by far the largest telescope in the world dedicated to surveying the sky at near-infrared wavelengths.[2] The telescope has only one instrument: VIRCAM, the Vista InfraRed CAMera. This is a 3-tonne camera containing 16 special detectors sensitive to infrared light, with a combined total of 67 million pixels.[3]
A second-generation instrument called 4MOST, a 2400-object fibre-fed multi-object spectrograph, is under development to start operations at the telescope in 2026.[4]
Observing at wavelengths longer than those visible to the human eye allows VISTA to study objects that may be almost impossible to see in visible light because they are cool, obscured by dust clouds or because their light has been stretched towards redder wavelengths by the expansion of space during the light's long journey from the early Universe.[2]
VISTA is carrying out surveys of the southern sky at near infrared wavelengths. Such surveys should both return direct scientific results and help select objects for further studies with larger telescopes. There are two related projects: the Wide Field Camera (WFCAM) on the United Kingdom Infrared Telescope in Hawaii carries out infrared surveys of the northern sky, and the VLT Survey Telescope in Chile carries out surveys of the southern sky in visible light.
このプロジェクトは、1999 年に英国(UK)の 18 大学からなるVISTA コンソーシアム[ 5 ]によって開始され、英国政府の共同インフラ基金から資金提供を受け、さらに粒子物理学および天文学研究評議会からも資金提供を受けました。このプロジェクトの評価額は 4,600 万ユーロ (3,600 万ポンド) です。[ 6 ] [ 7 ]
チリのいくつかの候補地を検討した後、コンソーシアムはヨーロッパ南天天文台（ESO）のパラナル天文台、すなわち超大型望遠鏡（VLT）から1,500m離れた二次的な山頂を選んだ。コンソーシアムは、望遠鏡の設計と建設の技術的責任を負う機関として英国天文学技術センターを選定した。2年後の2002年に英国がESOに加盟し、VISTAは加盟料の現物支給部分となった。その後、コンソーシアムは望遠鏡の建設と試運転を完了し、英国を代表して科学技術施設評議会が、加盟国すべての天文学者の利益のために望遠鏡をESOに引き渡した。[ 3 ] [ 8 ]
2010年に開始されたVISTAサーベイの科学的目標には、ダークエネルギーの性質から地球近傍小惑星の脅威まで、今日の天体物理学における最も興味深い問題の多くが含まれています。[ 2 ]
VISTA では、UltraVISTA、VISTA Kilo-Degree Infrared Galaxy Survey (VIKING)、VISTA Magellanic Survey (VMC)、VISTA Variables in the Via Lactea (VVV)、VISTA Hemisphere Survey (VHS)、VISTA Deep Extragalactic Observations Survey (VIDEO) の 6 つの大規模な公開サーベイを実施しています。これらは、望遠鏡の運用開始後最初の 5 年間の観測時間の大部分を占めます。これらのサーベイは、さまざまな深さの空のさまざまな領域をカバーし、幅広い科学的疑問に取り組みます。[ 9 ] VISTA の各サーベイの詳細については、ESO — VISTA SurveysウェブサイトおよびESO — Public Surveys Projectsウェブページをご覧ください。
VISTAは視野の広い大型望遠鏡であるため、微弱な天体も検出でき、広範囲の空を素早く観測できます。VISTAの各画像は満月の約10倍の面積をカバーする空の一部を捉え、非常に成功したTwo Micron All-Sky Surveyなどの以前の赤外線全天サーベイで達成された感度の40倍の感度で、南天全体の天体を検出してカタログ化することができます。この観測能力の飛躍的な向上は、肉眼からガリレオの最初の望遠鏡への感度の向上に匹敵し、膨大な数の新しい天体を明らかにし、南天の珍しい天体のより完全な目録を作成することを可能にします。[ 3 ]
VISTAの観測は、多くの天文学分野の研究を支援するでしょう。銀河系内では、VISTAは多くの新しい褐色矮星を発見し、暗黒物質の性質に関する仮説を検証できると期待されています。VISTAの調査の一つは、異なる時間に同じ空の領域を撮影することで、銀河系内の膨大な数の変光星を発見し研究するように設計されています。VISTAのデータを使用することで、天文学者はこれまで以上に詳細に銀河系の構造をマッピングできるようになります。VISTAの別の調査では、近隣の小さな銀河であるマゼラン雲とその周辺を研究します。VISTAのデータは、観測可能な宇宙全体の約5%の3Dマップを作成するためにも使用されます。さらに遠方では、VISTAは遠方のクエーサーを発見し、銀河や銀河団の進化を研究するための強力なツールとなるでしょう。非常に遠方の銀河団を発見することで、暗黒エネルギーの性質を探るのに役立ちます。[ 10 ] VVV天文サーベイの赤外線測定は、宇宙距離梯子を強化するために利用されており、具体的には星団やケフェイド変光星への信頼できる距離を提供している。[ 11 ] [ 12 ]
最初に公開された画像（左）は、オリオン座（狩人座）とその周辺にある、壮大な星形成ガスと塵の雲である炎星雲（NGC 2024）を示しています。可視光では、天体の中心部は厚い塵の雲に隠れていますが、赤外線波長で撮影されたVISTA画像は、その濁りを透過して、内部に隠れた高温の若い星の集まりを明らかにすることができます。VISTAカメラの広い視野は、NGC 2023の輝きと、有名な馬頭星雲の幽玄な形も捉えています。[ 3 ]
その他の素晴らしい星雲画像には、VISTAで撮影されたオリオン星雲とラグーン星雲の画像があります。右側の画像は、チリのESOパラナル天文台にあるVISTA赤外線サーベイ望遠鏡で撮影された、地球から約1350光年離れたオリオン星雲（メシエ42）の広視野画像です。この望遠鏡の巨大な視野により、星雲全体とその周辺を1枚の画像に収めることができ、また赤外線視力により、通常は隠されている塵の多い領域の奥深くを覗き込み、そこに埋もれている非常に活発な若い星の奇妙な動きを明らかにすることができます。[ 13 ]左側（炎星雲の画像の下）には、「ブルーラグーン」の画像が見られます。これは、VVVサーベイの一環として撮影された赤外線画像です。これは、いて座の方向、約4000～5000光年離れたところにあるラグーン星雲（メシエ8としても知られる）と呼ばれる星形成領域を示している。[ 14 ]
VISTAは、私たちの銀河系のはるか彼方までも観測することができます。左の例（オリオン星雲の画像の下）では、この望遠鏡はろ座（化学炉）にある銀河団を家族写真のように撮影しました。広い視野により、印象的な棒渦巻銀河NGC 1365や大きな楕円銀河NGC 1399など、多くの銀河が1枚の画像に収められています。この画像は、近赤外線領域のZ、J、Ksフィルターを通して撮影された画像から構築されており、銀河団の多くのメンバーが1枚の画像に捉えられています。右下には優美な棒渦巻銀河NGC 1365があり、左には大きな楕円銀河NGC 1399があり、その周りを淡い球状星団の群れが取り囲んでいます。画像は約1度×1.5度の範囲で、総露光時間は25分でした。[ 15 ]
シーイング限界解像度で広範囲の空を繰り返し撮影するという目標により、独自の光学設計が実現しました。主鏡は直径4.1 m、焦点比が約 f/1 の凹面双曲面です。鏡は厚さ17 cm のメニスカス形状で、カセグレン焦点にカメラを収めるための中央の 1.2 m の穴があります。ドイツのSchott 社でZerodurから鋳造され、その後モスクワのLZOS 社で研磨および形状加工されました。この形状で焦点比がこれほど小さい鏡としては最大で、研磨には予想より長い 2 年かかりました。[ 7 ] [ 16 ]鏡は多数のアクチュエータ(背面に 81 個、縁に 24 個) で支えられており、コンピュータで形状を制御できます。
副鏡は直径1.24 m の凸双 曲面鏡です。2 つの双曲面鏡の組み合わせにより、これは準リッチー・クレチアン設計となります。合成焦点比は約 f/3 ですが、2 つの鏡単体では画像品質は劣ります。[ 17 ]副鏡は六脚支持台に取り付けられているため、その位置、傾き、および傾斜もコンピュータ制御されます。
赤外線カメラは、ラザフォード・アップルトン研究所、英国天文学技術センター、ダラム大学からなるコンソーシアムによって構築され、[ 18 ]重量が約3トンと世界最大です。望遠鏡とカメラは単一の光学設計を形成しており、カメラ内の3つの視野補正レンズは、空の焦点の合った画像を検出器に投影するために不可欠です。
赤外線カメラの場合、望遠鏡とドームからの熱放射を遮断することも重要です。これは、視野補正レンズの前に冷却バッフルを連続して配置することで実現されます。また、副鏡は、エッジ検出器が主鏡の端の外側の温かい構造を観測しないように、小さめに設計されています。つまり、画像面のどの点から見ても、開口部は 3.7 m です。この設計では、検出器とバッフルの両方を冷却するカメラの真空クライオスタット が 2 m 以上の長さで、前面の窓の 直径が 95 cm である必要があります。検出器のすぐ前にあるフィルターホイールにより、特定の赤外線波長範囲を選択できます。[ 19 ]
空上で直径1.65°に相当する領域に、イメージプレーンには16個の赤外線検出器アレイが配置されています[ 17 ]。各アレイは20μmサイズの2048×2048ピクセルで 構成され、平均して空上で0.34秒角に相当します[ 19 ] 。焦点距離12.1m とバッフル付き開口径3.7mを組み合わせると、 焦点比は3.26になります。アレイは、一方の方向には幅の90%、もう一方の方向には幅の50%弱の間隔で配置されています。そのため、1回の露光では、空上に斑点状の「足跡」が写ります。隙間を埋めて通常の画像を得るには、少なくとも6つのシフトされた足跡を組み合わせて「タイル」を作成する必要があり、そのタイルは1.5°×1.0°になります。カメラのイメージプレーンには、主鏡の形状と副鏡の位置および傾き（アクティブオプティクス）を制御するために使用される波面検出器も配置されています。たわみを補正し、あらゆる高度で焦点の合った画像を確保します。[ 19 ]
VISTAが設置されている丘の頂上は、囲い棟と補助棟を建設するために平らにされました。補助棟には、主鏡の洗浄、剥離、コーティングを行うための設備があります。コーティングはアルミニウム、または通常は赤外線性能を向上させるための保護銀で行われます。[ 16 ]囲いの固定ベースは回転する鋼鉄製のドームを支えています。2枚のスライドドアがドームのスリットを形成しています。さらにドームパネルを開けて換気を増やすことができ、風防を展開してスリットの一部を閉じることができます。日中は、ドームは夜間の温度に保たれます。[ 20 ]
完成後、望遠鏡はESOに引き渡され、ESOはVISTA用に6つの公開サーベイを選択し、利用可能な観測時間の75%を占めています。残りの時間を占める独自のサーベイはESOに提案され、ESOは承認された提案を観測スケジュールします。[ 22 ]観測は、 VLT制御棟から離れたパラナル天文台のオペレーターによって実行されます。[ 20 ]
大型検出器アレイと赤外線波長で必要な短時間かつ頻繁な露光の組み合わせにより、1晩あたり200～300 GBという高いデータレートが得られます。パラナル天文台でのクイックルック処理は日々の品質管理に使用されますが、主なデータフローは生データをドイツのミュンヘン近郊のガルヒングにあるESO本部へ転送し、データアーカイブに取り込むことです。ユーザーは足跡（上記参照）を抽出し、較正パイプラインを通して機器のアーティファクトを除去し、位置天文学と測光を調整することができます。アーカイブデータは英国のVISTAデータフローシステムにもコピーされ、そこで足跡がタイル（上記参照）に結合され、そこからソースカタログが作成されます。[ 20 ] [ 22 ]