中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表，日期：2022年11月11日

主焦點光譜儀（Prime Focus Spectrograph，簡稱PFS）國際合作計畫近日通過一項重要的測試里程碑，成功獲取多顆目標恆星的光譜。

PFS將安裝在夏威夷毛納基峰的8.2米Subaru望遠鏡上。完成後，該儀器將能使用約2400根光纖同時觀測夜空中的大量天體，如恆星和星系，並將它們的光分成各種波長，也就是稱為「光譜」的資料。這將能提供研究人員有關天體的各種細節，包括運動模式、物理參數和年齡。

PFS可以讓研究人員研究這些只能在光譜上獲得的訊息，而不像照片那麼直觀地看到。研究團隊自2018年以來持續進行與望遠鏡的整合測試，但最重要的測試，莫過於最近PFS能捕捉到來自天體的光。

今（2022）年9月下旬，研究團隊在Subaru望遠鏡上進行了工程觀測，並進行了網格掃描。這些掃描讓研究人員測試儀器與觀測天體的對齊程度。光纖設置於主焦點儀器（Prime

Focus Instrument，簡稱PFI）的焦平面上、對準觀測天體的位置，然後望遠鏡順著天空中的網格模式移動，並在每個觀測位置用光譜儀拍照曝光。這使團隊能夠測量實際光纖位置和實際觀測天體目標之間的差異。

開始讀取資料後，該團隊繼續觀測更多明亮恆星，建立網格掃描資料庫，以修復錯誤並進行優化，直到儀器能將光纖非常準確地對準目標天體。

PFS計畫經理、科維理數物連攜宇宙研究機構（簡稱為Kavli IPMU）副教授田村直之表示：「團隊持續付出巨大努力。今年9月的測試是最近才安排的，但有效地重新優化順序和計畫，並及時完成了硬體和軟體方面的需求任務。這次測試是確實成功且有效的，我非常感謝並為團隊成員感到自豪！」

田村副教授認為，這一個測試里程碑屬於在單一視野的特定光纖定位成果。然而，對於不同星場的光纖定位準確度尚未達到令人滿意的標準。田村說：「但這顯然還是一個令人鼓舞的成就。基於我們已經能夠使用PFS獲得目標天體的恆星光，我宣布該團隊已經成功首次接收到天體訊號，並將進行下一個階段的儀器調校。」

本所PFS的計畫主持人王祥宇研究員表示：「在PFS計畫中，中研院團隊負責開發光纖定位系統（Metrology Camera System，簡稱MCS）與PFI的系統整合、測試與優化。這次觀測的里程碑，成功獲取多顆目標恆星的光譜，代表我們負責的兩個PFS子系統都能達到原本的功能與設計目標。這充分顯示了我們在天文儀器研發的能力，我們研發團隊在過去十年的努力也獲得肯定。我很高興我們能在這個國際合作計畫中扮演重要的角色並完成任務。」

本所林彥廷副研究員則說：「我從2011開始參與PFS的科學規劃。在硬體團隊的努力下，11年後的今天，我們終於透過PFS得到來自天體的光譜，這種感動難以言喻！我們的科學團隊對PFS的能力寄與高度的期望，也相信硬體團隊能順利達到PFS規劃中的精確度。我非常期待幾年後將展開的PFS巡天計畫 -- 它將能促進我們深刻了解星系的起源與演化、暗能量的本質、以及銀河系的形成。」

PFS計畫科學家、Kavli IPMU教授高田昌広表示：「雖然PFS有大約2400根光纖，但光纖在PFS視野中所佔總面積的比例只有0.01%左右（1/10,000）。換句話說，即使我們用PFS盲目地觀測天空，光纖也無法捕捉到來自天體（恆星和星系）的光。PFS是為了有效觀察宇宙中的暗淡天體而設計的。田村領導的PFS團隊成功準確地定出光纖位置與天空中恆星位置的關係。計畫最終目標是由PFS構建出宇宙三維地圖，揭露現今宇宙組成佔比最高的暗能量本質，而此次測試成功是朝向目標邁出了一大步。我很高興！」

PFS首席研究員、Kavli IPMU教授村山斉說：「看到我們可以在光譜儀中捕捉到星光，真是令人興奮。這幫助我們了解恆星和星系是如何形成的、為什麼今天的宇宙正在老化、暗物質是什麼以及宇宙走向何方，為我們鋪好了通往驚人科學的道路。這個里程碑標誌著團隊完成了驚人的工作量，歸功於各方的努力，包含美國太空總署噴射推進實驗室和加州理工學院開發的光纖定位器，美國約翰霍普金斯大學、普林斯頓大學和法國馬賽天文物理實驗室開發的相機和光譜儀，巴西團隊的光纖，以及台灣中央研究院天文及天文物理研究所研發的PFI。我對團隊中的每個人感激不盡！」

PFS星系演化工作組共同主持人、Kavli IPMU副教授John Silverman也說：「對於我們這些用PFS規劃未來科學的人來說，看到來自天體的光子，由單個光纖收集並通過光譜儀再傳到偵測器，構成一個置於強大望遠鏡上的卓越儀器，的確很激勵人心。我們非常感謝儀器團隊做出的驚人努力。」

PFS 團隊將繼續仔細分析和討論這次觀測所獲得的資料。

在運往Subaru望遠鏡之前，美國、法國、巴西和台灣的合作機構負責建造、組裝和測試PFS的子組件和子系統。計畫將於2024年左右開始科學觀測。

參與PFS研發的機構：

• 日本東京大學科維理數物連攜宇宙研究機構

• 日本國立天文台Subaru望遠鏡

• 中央研究院天文及天文物理研究所

• 巴西國家天文物理實驗室

• 巴西聖保羅大學天文研究所

• 法國馬賽天文物理實驗室

• 美國加州理工學院

• 上海交通大學

• 北京大學

• 北京清華大學

• 中國科學技術大學

• 中國國家天文臺

• 廈門大學

• 美國太空總署噴射推進實驗室

• 美國匹茲堡大學

• 美國伊利諾大學香檳分校

• 美國約翰霍普金斯大學

• 美國麻州大學阿默斯特分校

• 美國康乃狄克大學

• 美國普林斯頓大學

• 美國塔夫茨大學

• 美國哥倫比亞大學

• 德國馬克斯·普朗克天文物理研究所

• 德國馬克斯·普朗克地外物理學研究所

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中央研究院天文及天文物理研究所 王祥宇研究員

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