Euclid: Precise inference of defocus wavefront error from image diffraction spike measurements
Questo articolo presenta un metodo rapido e indipendente dal modello per inferire con precisione il defocus del telescopio Euclid misurando gli spostamenti subpixel nelle punte di diffrazione asimmetriche, raggiungendo l'elevata sensibilità necessaria per monitorare e correggere le variazioni della funzione di diffusione del punto, critiche per la cosmologia del lensing debole.
Autori originali: D. Neumann (Leiden Observatory, Leiden University, Einsteinweg 55, 2333 CC Leiden, The Netherlands), L. Miller (Department of Physics, Oxford University, Keble Road, Oxford OX1 3RH, UK), H. Hoekstra (Leiden Observatory, Leiden University, Einsteinweg 55, 2333 CC Leiden, The Netherlands), K. Kuijken (Leiden Observatory, Leiden University, Einsteinweg 55, 2333 CC Leiden, The Netherlands), I. H. Whittam (Department of Physics, Oxford University, Keble Road, Oxford OX1 3RH, UK, Department of Physics and Astronomy, University of the Western Cape, Bellville, Cape Town, 7535, South Africa), N. E. Chisari (Institute for Theoretical Physics, Utrecht University, Princetonplein 5, 3584 CE Utrecht, The Netherlands, Leiden Observatory, Leiden University, Einsteinweg 55, 2333 CC Leiden, The Netherlands), R. Nakajima (Universität Bonn, Argelander-Institut für Astronomie, Auf dem Hügel 71, 53121 Bonn, Germany), B. Altieri (ESAC/ESA, Camino Bajo del Castillo, s/n., Urb. Villafranca del Castillo, 28692 Villanueva de la Cañada, Madrid, Spain), A. Amara (School of Mathematics and Physics, University of Surrey, Guildford, Surrey, GU2 7XH, UK), S. Andreon (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Via Brera 28, 20122 Milano, Italy), N. Auricchio (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), C. Baccigalupi (IFPU, Institute for Fundamental Physics of the Universe, via Beirut 2, 34151 Trieste, Italy, INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy, INFN, Sezione di Trieste, Via Valerio 2, 34127 Trieste TS, Italy, SISSA, International School for Advanced Studies, Via Bonomea 265, 34136 Trieste TS, Italy), M. Baldi (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, Via Gobetti 93/2, 40129 Bologna, Italy, INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), S. Bardelli (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), A. Basset (Centre National d'Etudes Spatiales -- Centre spatial de Toulouse, 18 avenue Edouard Belin, 31401 Toulouse Cedex 9, France), P. Battaglia (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), A. Biviano (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy, IFPU, Institute for Fundamental Physics of the Universe, via Beirut 2, 34151 Trieste, Italy), E. Branchini (Dipartimento di Fisica, Università di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146, Genova, Italy, INFN-Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146, Genova, Italy, INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Via Brera 28, 20122 Milano, Italy), M. Brescia (Department of Physics "E. Pancini", University Federico II, Via Cinthia 6, 80126, Napoli, Italy, INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Via Moiariello 16, 80131 Napoli, Italy), S. Camera (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, Via P. Giuria 1, 10125 Torino, Italy, INFN-Sezione di Torino, Via P. Giuria 1, 10125 Torino, Italy, INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino, Via Osservatorio 20, 10025 Pino Torinese), G. Cañas-Herrera (Leiden Observatory, Leiden University, Einsteinweg 55, 2333 CC Leiden, The Netherlands), V. Capobianco (INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino, Via Osservatorio 20, 10025 Pino Torinese), C. Carbone (INAF-IASF Milano, Via Alfonso Corti 12, 20133 Milano, Italy), J. Carretero (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, Port d'Informació Científica, Campus UAB, C. Albareda s/n, 08193 Bellaterra), M. Castellano (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Via Frascati 33, 00078 Monteporzio Catone, Italy), G. Castignani (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), S. Cavuoti (INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Via Moiariello 16, 80131 Napoli, Italy, INFN section of Naples, Via Cinthia 6, 80126, Napoli, Italy), K. C. Chambers (Institute for Astronomy, University of Hawaii, 2680 Woodlawn Drive, Honolulu, HI 96822, USA), A. Cimatti (Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi" - Alma Mater Studiorum Università di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), C. Colodro-Conde (Instituto de Astrofísica de Canarias, E-38205 La Laguna, Tenerife, Spain), G. Congedo (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Blackford Hill, Edinburgh EH9 3HJ, UK), C. J. Conselice (Jodrell Bank Centre for Astrophysics, Department of Physics and Astronomy, University of Manchester, Oxford Road, Manchester M13 9PL, UK), L. Conversi (European Space Agency/ESRIN, Largo Galileo Galilei 1, 00044 Frascati, Roma, Italy, ESAC/ESA, Camino Bajo del Castillo, s/n., Urb. Villafranca del Castillo, 28692 Villanueva de la Cañada, Madrid, Spain), Y. Copin (Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS/IN2P3, IP2I Lyon, UMR 5822, Villeurbanne, F-69100, France), F. Courbin (Institut de Ciències del Cosmos, Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats, Institut de Ciencies de l'Espai), H. M. Courtois (UCB Lyon 1, CNRS/IN2P3, IUF, IP2I Lyon, 4 rue Enrico Fermi, 69622 Villeurbanne, France), M. Cropper (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Holmbury St Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK), H. Degaudenzi (Department of Astronomy, University of Geneva, ch. d'Ecogia 16, 1290 Versoix, Switzerland), G. De Lucia (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), H. Dole (Université Paris-Saclay, CNRS, Institut d'astrophysique spatiale, 91405, Orsay, France), F. Dubath (Department of Astronomy, University of Geneva, ch. d'Ecogia 16, 1290 Versoix, Switzerland), X. Dupac (ESAC/ESA, Camino Bajo del Castillo, s/n., Urb. Villafranca del Castillo, 28692 Villanueva de la Cañada, Madrid, Spain), M. Farina (INAF-Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, via del Fosso del Cavaliere, 100, 00100 Roma, Italy), R. Farinelli (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), S. Farrens (Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM, 91191, Gif-sur-Yvette, France), S. Ferriol (Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS/IN2P3, IP2I Lyon, UMR 5822, Villeurbanne, F-69100, France), S. Fotopoulou (School of Physics, HH Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Tyndall Avenue, Bristol, BS8 1TL, UK), N. Fourmanoit (Aix-Marseille Université, CNRS/IN2P3, CPPM, Marseille, France), M. Frailis (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), E. Franceschi (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), M. Fumana (INAF-IASF Milano, Via Alfonso Corti 12, 20133 Milano, Italy), S. Galeotta (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), K. George (University Observatory, LMU Faculty of Physics, Scheinerstr.~1, 81679 Munich, Germany), B. Gillis (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Blackford Hill, Edinburgh EH9 3HJ, UK), C. Giocoli (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), P. Gómez-Alvarez (FRACTAL S.L.N.E., calle Tulipán 2, Portal 13 1A, 28231, Las Rozas de Madrid, Spain, ESAC/ESA, Camino Bajo del Castillo, s/n., Urb. Villafranca del Castillo, 28692 Villanueva de la Cañada, Madrid, Spain), J. Gracia-Carpio (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Giessenbachstr. 1, 85748 Garching, Germany), A. Grazian (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Via dell'Osservatorio 5, 35122 Padova, Italy), F. Grupp (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Giessenbachstr. 1, 85748 Garching, Germany, Universitäts-Sternwarte München, Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München, Scheinerstr.~1, 81679 München, Germany), S. V. H. Haugan (Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, P.O. Box 1029 Blindern, 0315 Oslo, Norway), W. Holmes (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 4800 Oak Grove Drive, Pasadena, CA, 91109, USA), F. Hormuth (Felix Hormuth Engineering, Goethestr. 17, 69181 Leimen, Germany), A. Hornstrup (Technical University of Denmark, Elektrovej 327, 2800 Kgs. Lyngby, Denmark, Cosmic Dawn Center), K. Jahnke (Max-Planck-Institut für Astronomie, Königstuhl 17, 69117 Heidelberg, Germany), M. Jhabvala (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD 20771, USA), B. Joachimi (Department of Physics and Astronomy, University College London, Gower Street, London WC1E 6BT, UK), S. Kermiche (Aix-Marseille Université, CNRS/IN2P3, CPPM, Marseille, France), A. Kiessling (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 4800 Oak Grove Drive, Pasadena, CA, 91109, USA), M. Kilbinger (Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM, 91191, Gif-sur-Yvette, France), R. Kohley (ESAC/ESA, Camino Bajo del Castillo, s/n., Urb. Villafranca del Castillo, 28692 Villanueva de la Cañada, Madrid, Spain), B. Kubik (Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS/IN2P3, IP2I Lyon, UMR 5822, Villeurbanne, F-69100, France), M. Kunz (Université de Genève, Département de Physique Théorique and Centre for Astroparticle Physics, 24 quai Ernest-Ansermet, CH-1211 Genève 4, Switzerland), H. Kurki-Suonio (Department of Physics, P.O. Box 64, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland, Helsinki Institute of Physics, Gustaf Hällströmin katu 2, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland), R. Laureijs (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, PO Box 800, 9700 AV Groningen, The Netherlands), A. M. C. Le Brun (Laboratoire d'etude de l'Univers et des phenomenes eXtremes, Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, CNRS, 92190 Meudon, France), S. Ligori (INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino, Via Osservatorio 20, 10025 Pino Torinese), P. B. Lilje (Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, P.O. Box 1029 Blindern, 0315 Oslo, Norway), V. Lindholm (Department of Physics, P.O. Box 64, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland, Helsinki Institute of Physics, Gustaf Hällströmin katu 2, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland), I. Lloro (SKAO, Jodrell Bank, Lower Withington, Macclesfield SK11 9FT, UK), G. Mainetti (Centre de Calcul de l'IN2P3/CNRS, 21 avenue Pierre de Coubertin 69627 Villeurbanne Cedex, France), O. Mansutti (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), O. Marggraf (Universität Bonn, Argelander-Institut für Astronomie, Auf dem Hügel 71, 53121 Bonn, Germany), M. Martinelli (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Via Frascati 33, 00078 Monteporzio Catone, Italy, INFN-Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro, 2 - c/o Dipartimento di Fisica, Edificio G. Marconi, 00185 Roma, Italy), N. Martinet (Aix-Marseille Université, CNRS, CNES, LAM, Marseille, France), F. Marulli (Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi" - Alma Mater Studiorum Università di Bologna, via Piero Gobetti 93/2, 40129 Bologna, Italy, INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), R. J. Massey (Department of Physics, Institute for Computational Cosmology, Durham University, South Road, Durham, DH1 3LE, UK), E. Medinaceli (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), S. Mei (Université Paris Cité, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, 75013 Paris, France, CNRS-UCB International Research Laboratory, Centre Pierre Binétruy, IRL2007, CPB-IN2P3, Berkeley, USA), M. Meneghetti (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), E. Merlin (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Via Frascati 33, 00078 Monteporzio Catone, Italy), G. Meylan (Institute of Physics, Laboratory of Astrophysics, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne), A. Mora (Telespazio UK S.L. for European Space Agency), M. Moresco (Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi" - Alma Mater Studiorum Università di Bologna, via Piero Gobetti 93/2, 40129 Bologna, Italy, INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), C. Moretti (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy, IFPU, Institute for Fundamental Physics of the Universe, via Beirut 2, 34151 Trieste, Italy, INFN, Sezione di Trieste, Via Valerio 2, 34127 Trieste TS, Italy), L. Moscardini (Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi" - Alma Mater Studiorum Università di Bologna, via Piero Gobetti 93/2, 40129 Bologna, Italy, INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), C. Neissner (Institut de Física d'Altes Energies, Port d'Informació Científica, Campus UAB, C. Albareda s/n, 08193 Bellaterra), R. C. Nichol (School of Mathematics and Physics, University of Surrey, Guildford, Surrey, GU2 7XH, UK), S. -M. Niemi (European Space Agency/ESTEC, Keplerlaan 1, 2201 AZ Noordwijk, The Netherlands), C. Padilla (Institut de Física d'Altes Energies), S. Paltani (Department of Astronomy, University of Geneva, ch. d'Ecogia 16, 1290 Versoix, Switzerland), F. Pasian (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), K. Pedersen (DARK, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Jagtvej 155, 2200 Copenhagen, Denmark), W. J. Percival (Waterloo Centre for Astrophysics, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1, Canada, Department of Physics and Astronomy, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1, Canada, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Waterloo, Ontario N2L 2Y5, Canada), V. Pettorino (European Space Agency/ESTEC, Keplerlaan 1, 2201 AZ Noordwijk, The Netherlands), A. Pezzotta (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Via Brera 28, 20122 Milano, Italy), S. Pires (Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM, 91191, Gif-sur-Yvette, France), G. Polenta (Space Science Data Center, Italian Space Agency, via del Politecnico snc, 00133 Roma, Italy), M. Poncet (Centre National d'Etudes Spatiales -- Centre spatial de Toulouse, 18 avenue Edouard Belin, 31401 Toulouse Cedex 9, France), L. A. Popa (Institute of Space Science, Str. Atomistilor, nr. 409 Măgurele, Ilfov, 077125, Romania), G. D. Racca (Leiden Observatory, Leiden University, Einsteinweg 55, 2333 CC Leiden, The Netherlands, European Space Agency/ESTEC, Keplerlaan 1, 2201 AZ Noordwijk, The Netherlands), F. Raison (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Giessenbachstr. 1, 85748 Garching, Germany), A. Renzi (Dipartimento di Fisica e Astronomia "G. Galilei", Università di Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy, INFN-Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy, INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), J. Rhodes (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 4800 Oak Grove Drive, Pasadena, CA, 91109, USA), G. Riccio (INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Via Moiariello 16, 80131 Napoli, Italy), E. Romelli (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), M. Roncarelli (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), R. Saglia (Universitäts-Sternwarte München, Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München, Scheinerstr.~1, 81679 München, Germany, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Giessenbachstr. 1, 85748 Garching, Germany), Z. Sakr (Instituto de Física Teórica UAM-CSIC, Campus de Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain, Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Université St Joseph, Faculty of Sciences, Beirut, Lebanon), D. Sapone (Departamento de Física, FCFM, Universidad de Chile, Blanco Encalada 2008, Santiago, Chile), B. Sartoris (Universitäts-Sternwarte München, Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München, Scheinerstr.~1, 81679 München, Germany, INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy), M. Schirmer (Max-Planck-Institut für Astronomie, Königstuhl 17, 69117 Heidelberg, Germany), P. Schneider (Universität Bonn, Argelander-Institut für Astronomie, Auf dem Hügel 71, 53121 Bonn, Germany), T. Schrabback (Universität Innsbruck, Institut für Astro- und Teilchenphysik, Technikerstr. 25/8, 6020 Innsbruck, Austria), A. Secroun (Aix-Marseille Université, CNRS/IN2P3, CPPM, Marseille, France), E. Sihvola (Department of Physics and Helsinki Institute of Physics, Gustaf Hällströmin katu 2, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland), P. Simon (Universität Bonn, Argelander-Institut für Astronomie, Auf dem Hügel 71, 53121 Bonn, Germany), C. Sirignano (Dipartimento di Fisica e Astronomia "G. Galilei", Università di Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy, INFN-Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy), G. Sirri (INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy), A. Spurio Mancini (Department of Physics, Royal Holloway, University of London, Surrey TW20 0EX, UK), L. Stanco (INFN-Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, Italy), P. Tallada-Crespí (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, Port d'Informació Científica, Campus UAB, C. Albareda s/n, 08193 Bellaterra), A. N. Taylor (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Blackford Hill, Edinburgh EH9 3HJ, UK), I. Tereno (Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, Edifício C8, Campo Grande, PT1749-016 Lisboa, Portugal, Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, Tapada da Ajuda, 1349-018 Lisboa, Portugal), N. Tessore (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Holmbury St Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK), S. Toft (Cosmic Dawn Center, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Jagtvej 128, 2200 Copenhagen, Denmark), R. Toledo-Moreo (Universidad Politécnica de Cartagena, Departamento de Electrónica y Tecnología de Computadoras, Plaza del Hospital 1, 30202 Cartagena, Spain, European University of Technology EUt+, European Union), F. Torradeflot (Port d'Informació Científica, Campus UAB, C. Albareda s/n, 08193 Bellaterra, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas), I. Tutusaus (Institute of Space Sciences, Institut d'Estudis Espacials de Catalunya, Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie), L. Valenziano (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Bologna, Via Irnerio 46, 40126 Bologna, Italy), J. Valiviita (Department of Physics, P.O. Box 64, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland, Helsinki Institute of Physics, Gustaf Hällströmin katu 2, University of Helsinki, 00014 Helsinki, Finland), T. Vassallo (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy, University Observatory, LMU Faculty of Physics, Scheinerstr.~1, 81679 Munich, Germany), A. Veropalumbo (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Via Brera 28, 20122 Milano, Italy, INFN-Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146, Genova, Italy, Dipartimento di Fisica, Università di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146, Genova, Italy), Y. Wang (Caltech/IPAC, 1200 E. California Blvd., Pasadena, CA 91125, USA), J. Weller (Universitäts-Sternwarte München, Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München, Scheinerstr.~1, 81679 München, Germany, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Giessenbachstr. 1, 85748 Garching, Germany), G. Zamorani (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy), F. M. Zerbi (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Via Brera 28, 20122 Milano, Italy), A. Gregorio (Dipartimento di Fisica - Sezione di Astronomia, Università di Trieste, Via Tiepolo 11, 34131 Trieste, Italy, INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Via G. B. Tiepolo 11, 34143 Trieste, Italy, INFN, Sezione di Trieste, Via Valerio 2, 34127 Trieste TS, Italy), A. Loureiro (Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, Department of Physics, Stockholm University, Stockholm, SE-106 91, Sweden, Astrophysics Group, Blackett Laboratory, Imperial College London, London SW7 2AZ, UK), M. Sereno (INAF-Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna, Via Piero Gobetti 93/3, 40129 Bologna, Italy, INFN-Sezione di Bologna, Viale Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy)
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Immaginate il telescopio spaziale Euclid come una gigantesca, ultra-precisa fotocamera che fluttua nello spazio profondo, incaricata di scattare una "foto di famiglia" a 1,5 miliardi di galassie. L'obiettivo è misurare quanto queste galassie siano leggermente schiacciate o allungate dalla gravità invisibile dell'universo. Per farlo, la fotocamera deve essere perfettamente a fuoco. Se l'obiettivo è anche solo un minimo fuori fuoco, le galassie appariranno distorte, e gli scienziati potrebbero scambiare questa distorsione per gravità, rovinando l'esperimento.
Questo articolo presenta un modo intelligente, veloce e privo di modelli per verificare se la fotocamera di Euclid sia a fuoco, utilizzando una caratteristica che di solito rappresenta un ostacolo: le spighe di diffrazione.
Il Problema: Il "Ragno" nell'Obiettivo
La maggior parte dei telescopi ha uno specchio secondario tenuto in posizione da sottili strutture (come le zampe di un ragno) davanti alla lente principale. Quando stelle luminose brillano attraverso queste strutture, creano quattro lunghe e sottili linee di luce che si irradiano dalla stella, chiamate spighe di diffrazione. Di solito, gli astronomi cercano di eliminare queste spighe perché sembrano artefatti.
Tuttavia, il telescopio Euclid ha un design unico: le sue "zampe di ragno" non sono disposte in modo simmetrico. A causa di ciò, le spighe non si sovrappongono perfettamente.
La Soluzione: Il Trucco del "Triangolo"
Gli autori si sono resi conto che quando il telescopio va leggermente fuori fuoco (defocus), queste spighe non si limitano a diventare sfocate; esse cambiano posizione.
Pensate alle tre spighe principali come ai vertici di un triangolo disegnato attorno alla stella.
- A fuoco perfetto: il triangolo ha una dimensione specifica.
- Fuori fuoco: il triango si espande o si restringe, e i suoi vertici si muovono verso l'interno o verso l'esterno.
L'articolo presenta un metodo per misurare la dimensione di questo "triangolo di spighe" in pochi secondi. Misurando quanto è grande il triangolo, è possibile calcolare esattamente quanto si è spostato lo specchio secondario del telescopio lungo l'asse ottico (la linea di mira).
Quanto è Preciso?
Il metodo è incredibilmente sensibile.
- Può rilevare movimenti dello specchio piccoli quanto 0,022 micrometri (ovvero 22 nanometri).
- Per dare un termine di paragone, si tratta di circa 1/40 della larghezza di un capello umano, o circa lo spessore di un singolo filamento di DNA.
- Questa precisione è sufficiente per tracciare i minuscoli movimenti di "respiro" del telescopio causati dai cambiamenti di temperatura nello spazio.
Cosa Hanno Scoperto?
Utilizzando questo righello a "triangolo di spighe", il team ha analizzato i dati di Euclid e ha scoperto cose davvero straordinarie:
- Il Telescopio è Solido come una Roccia: Dal luglio 2024, il telescopio Euclid è stato eccezionalmente stabile. Il suo fuoco non è derivato selvaggiamente come accade per il Telescopio Hubble (che "respira" in entrata e in uscita di circa 2 micrometri ogni poche ore a causa dell'ombra della Terra). Il fuoco di Euclid oscilla solo di quantità minuscole, dovute principalmente a normali cambiamenti termici.
- L'Effetto "Sbrinamento": Il telescopio ha dovuto essere riscaldato due volte (a marzo e giugno 2024) per sciogliere il ghiaccio che si era accumulato sugli specchi. Gli autori hanno scoperto che questi eventi di riscaldamento hanno cambiato permanentemente il modo in cui il "triangolo di spighe" si comporta attraverso il campo visivo. È come se aveste scaldato un righello di metallo e, invece di espandersi temporaneamente, le tacche sul righello si fossero spostate leggermente per sempre. Ciò significa che lo stato ottico del telescopio è cambiato permanentamente dopo questi eventi.
- Il Colore Conta (Un Poco): Il metodo è per lo più indifferente al colore, ma hanno notato che il colore della stella influenza leggermente la misurazione. Ciò è probabilmente dovuto a uno specchio speciale nel telescopio che divide la luce in diversi colori. Tuttavia, questo effetto è così piccolo da non rovinare la misurazione per la maggior parte delle stelle.
Perché Questo è Importante?
Questo metodo è un controllo di realtà "rapido e immediato" (nel senso positivo del termine).
- Niente Supposizioni: Non richiede un complesso modello informatico di come il telescopio dovrebbe apparire. Si limita a guardare le spighe e misurarle.
- Monitoraggio in Tempo Reale: Può dire agli scienziati in pochi secondi se il telescopio è uscito dal fuoco.
- Migliore Cosmologia: Conoscendo l'esatto fuoco, gli scienziati possono correggere le forme delle galassie che stanno studiando. Ciò assicura che, quando calcolano l'espansione dell'universo, non vengano ingannati da una fotocamera leggermente sfocata.
In breve, gli autori hanno trasformato un fastidio (le spighe di diffrazione) in un righello ad alta precisione, dimostrando che il telescopio Euclid è abbastanza stabile da effettuare le misurazioni cosmiche più accurate mai tentate.
Sintesi Tecnica: Euclid: Inferenza precisa dell'errore di fronte d'onda da defocus dalle misurazioni dei picchi di diffrazione delle immagini
Problematica
Il successo della missione Euclid nella cosmologia del lensing gravitazionale debole dipende dalla misurazione precisa della forma delle galassie, il che richiede una comprensione senza precedenti della Funzione di Diffusione del Punto (PSF). Gli errori sistematici nella modellazione della PSF, in particolare quelli derivanti dagli errori di fronte d'onda (WFE) da defocus, influenzano direttamente la forma delle galassie inferite. Si prevede che il defocus sia la componente più variabile di WFE nel payload di Euclid, guidata principalmente dalle fluttuazioni termiche. Sebbene il Consorzio Euclid impieghi la modellazione diretta (forward modeling) della PSF ottica, un monitoraggio continuo e indipendente del defocus è prezioso per vincolare questi modelli e monitorare lo stato ottico della sonda spaziale. I metodi esistenti spesso si affidano a modelli PSF a priori o a sensori di fronte d'onda dedicati; è necessario un stimatore rapido e indipendente dal modello che possa essere derivato direttamente dalle esposizioni del sondaggio.
Metodologia
Gli autori presentano un metodo per stimare il defocus dello strumento VIS di Euclid misurando gli spostamenti subpixel dei picchi di diffrazione generati da stelle brillanti. Questo approccio sfrutta la disposizione non speculare rispetto allo specchio del telescopio dei supporti (struts) dello specchio secondario (M2). A differenza delle configurazioni a supporti simmetrici dove i picchi si sovrappongono e oscurano gli spostamenti, i supporti asimmetrici di Euclid producono picchi di diffrazione distinti e non sovrapposti.
Il nucleo della metodologia prevede:
- Rilevamento dei Picchi: Per stelle brillanti (magnitudine Gaia G 11.5–15.5), l'algoritmo trova iterativamente il centro di ogni picco di diffrazione affinché i momenti di luminosità del primo ordine siano nulli.
- Metrica dell'Area del Triangolo: Le posizioni dei tre picchi formano un triangolo. La radice quadrata dell'area racchiusa da questo triangolo (ADS) viene utilizzata come metrica per il defocus. L'orientamento del triangolo determina il segno del defocus (intra-focale vs extra-focale).
- Calibrazione: Utilizzando i dati di Calibrazione della Diversità di Fase (PDC) dell'inizio del 2024, dove lo specchio secondario è stato intenzionalmente spostato in posizioni note (±18μm e 0μm), gli autori stabiliscono una relazione lineare tra ADS e lo spostamento dello specchio secondario (Δz).
- Stima Iterativa: Per tenere conto delle variazioni dipendenti dal campo visivo (FoV) nella WFE di base, gli autori costruiscono un template di "base" ad alta risoluzione di ADS da un periodo di riferimento stabile. Questa base viene sottratta dalle singole esposizioni per isolare il cambiamento relativo del defocus (Δzobs).
Contributi Chiave
- Stimatore Indipendente dal Modello: Il metodo non richiede un modello PSF a priori e può inferire il defocus da singole esposizioni del sondaggio in pochi secondi.
- Alta Precisione: Lo stimatore raggiunge una precisione per esposizione di σ(Δz)=0.022μm, corrispondente a una differenza di percorso ottico picco-valle di 0.75 nm.
- Interpretazione Fisica: Il defocus è espresso direttamente come spostamento dello specchio secondario lungo l'asse ottico, consentendo una correlazione diretta con il comportamento termico e meccanico della sonda spaziale.
- Generalizzabilità: La tecnica è applicabile a qualsiasi telescopio con ostruzioni sottili, dritte e non speculari nell'apertura d'ingresso, come il Telescopio Spaziale Roman.
Risultati
- Stabilità Temporale: Da luglio 2024, a seguito di due campagne di decontaminazione dal ghiaccio, il telescopio Euclid ha mostrato un'eccezionale stabilità. Le variazioni di defocus sono tipicamente dell'ordine di 0.1–0.3 μm, altamente correlate con le variazioni termiche, e sono due ordini di grandezza inferiori alle variazioni di "respiro" (breathing) osservate nel Telescopio Hubble.
- Impatto della Decontaminazione dal Ghiaccio: Il documento dimostra che le campagne di decontaminazione dal ghiaccio di marzo e giugno 2024 hanno causato cambiamenti significativi e irreversibili alla struttura di WFE dipendente dal FoV sottostante. La distribuzione del defocus di base è cambiata, rendendo necessaria una rivalutazione delle assunzioni sull'errore di fronte d'onda del modello PSF.
- Dipendenza dal Campo Visivo (FoV): Sebbene il cambiamento di defocus sia omogeneo in tutto il FoV per la maggior parte del sondaggio, gli autori hanno identificato una dipendenza di "base" dal FoV. Sottrarre questa base riduce l'incertezza nella stima del defocus di un fattore 3.22.
- Dipendenze Cromatiche e di Magnitudine: È stata rilevata una leggera correlazione tra il defocus inferito e il colore stellare (Gaia GBP−GRP), attribuita al WFE cromatico dello specchio dicroico. Tuttavia, questo effetto è subdominante rispetto all'incertezza statistica del metodo per le tipiche popolazioni stellari. È stata osservata anche una dipendenza dalla magnitudine, probabilmente dovuta a effetti sistematici nell'algoritmo di rilevamento dei picchi per stelle molto brillanti (con bleeding) o deboli.
- Requisiti della Dimensione della PSF: Gli autori hanno correlato le stime del defocus con il requisito di Euclid sulla distorsione della dimensione della PSF (∣ΔRPSF2/RPSF2∣<10−3). Hanno determinato che spostamenti medi sul campo dello specchio secondario superiori a ⟨Δzthr⟩=(0.0683±0.0024)μm violerebbero tale requisito. La stabilità osservata del telescopio (variazioni ampiamente entro questa soglia) suggerisce che periodi prolungati di dati nominali del sondaggio possono servire come campi di calibrazione stabili per la modellazione della PSF.
Significatività
L'articolo sostiene che questo metodo fornisce uno strumento di monitoraggio robusto e in tempo reale per la sonda spaziale Euclid e fornisce un prior stringente per la modellazione computazionalmente intensiva della PSF. Dimostrando l'eccezionale stabilità del telescopio Euclid post-decontaminazione, il lavoro valida il design della missione per misurazioni coerenti della forma delle galassie. La capacità di tracciare gli spostamenti indotti termicamente e l'evoluzione temporale senza hardware aggiuntivo o modellazione complessa migliora l'affidabilità delle inferenze cosmologiche del lensing debole. Inoltre, il metodo offre un accesso rapido e accessibile per monitorare l'evoluzione dello stato ottico della sonda, applicabile oltre Euclid ad altri telescopi con configurazioni ottiche simili.
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Scelto da ricercatori di Stanford, Cambridge e dell'Accademia francese delle scienze.
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