[論文レビュー] 4MOST - 4-metre Multi-Object Spectroscopic Telescope

Roelof de Jong, Bellido-Tirado, Olga+83 more|UWA Profiles and Research Repository (University of Western Australia)|Jun 28, 2012

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、ESOの4メートル望遠鏡を対象とする広視野・高多重度分光装置の概念設計を4MOSTコンsortiumが提示している。この装置により、5平方度を超える視野において最大3000本のファイバーを同時に観測可能となる。2つの解像度（R ~ 5000およびR ~ 20,000）を備えた二重解像度分光計システムと、調査性能を最適化するための包括的施設シミュレータを詳細に記述しており、ガイヤ、eROSITA、ユリクスと補完するための5年間の公的調査で2000万件を超えるスペクトルを提供することを目的としている。

ABSTRACT

The 4MOST consortium is currently halfway through a Conceptual Design study for ESO with the aim to develop a wide-field (>3 square degree, goal >5 square degree), high-multiplex (>1500 fibres, goal 3000 fibres) spectroscopic survey facility for an ESO 4m-class telescope (VISTA). 4MOST will run permanently on the telescope to perform a 5 year public survey yielding more than 20 million spectra at resolution R~5000 (λ=390-1000 nm) and more than 2 million spectra at R~20,000 (395-456.5 nm & 587-673 nm). The 4MOST design is especially intended to complement three key all-sky, space-based observatories of prime European interest: Gaia, eROSITA and Euclid. Initial design and performance estimates for the wide-field corrector concepts are presented. We consider two fibre positioner concepts, a well-known Phi-Theta system and a new R-Theta concept with a large patrol area. The spectrographs are fixed configuration two-arm spectrographs, with dedicated spectrographs for the high- and low-resolution. A full facility simulator is being developed to guide trade-off decisions regarding the optimal field-of-view, number of fibres needed, and the relative fraction of high-to-low resolution fibres. Mock catalogues with template spectra from seven Design Reference Surveys are simulated to verify the science requirements of 4MOST. The 4MOST consortium aims to deliver the full 4MOST facility by the end of 2018 and start delivering high-level data products for both consortium and ESO community targets a year later with yearly increments.

研究の動機と目的

• ESOの4メートル望遠鏡向けに広視野・高多重度分光装置を設計し、大規模な星・銀河調査を可能にする。
• ガイヤ、eROSITA、ユリクスの3つの主要な宇宙望遠鏡と補完するため、地上分光観測データを提供する。
• 包括的施設シミュレータを用いて調査設計を最適化し、視野、ファイバー数、解像度分布のバランスをとる。
• 5年間でR ~ 5000の2000万件以上、R ~ 20,000の200万件以上のスペクトルを提供する公的調査を実施する。
• 共同研究者およびESOコミュニティの科学的目標を満たす高水準のデータ製品を提供する。

提案手法

• 5平方度を超える視野を達成することを目標とし、Phi-Thetaおよび大規模なパトロール領域を有する新規R-Thetaシステムを含む2つのファイバー位置決め方式を用いた広視野コントローラーの設計。
• 固定構成の二腕分光計を実装し、低解像度（R ~ 5000）および高解像度（R ~ 20,000）観測に特化した装置を別々に設置。
• 視野、ファイバー数、高解像度ファイバー比率のトレードオフを支援するための包括的施設シミュレータの開発。
• 7つの設計基準調査から得たテンプレートスペクトルを用いたモックカタログのシミュレーションにより、科学的要件の妥当性を検証。
• 初期のコントローラーおよび位置決め装置の設計からの性能推定値を活用し、システム最適化を進める。
• 2018年末までの施設納品スケジュールを確立し、2019年から毎年データ製品をリリースする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4メートル望遠鏡向けに、科学的成果を最大化する広視野・高多重度分光装置をどのように設計できるか？
• RQ2 多対象分光調査において、視野、ファイバー数、解像度分布の最適なバランスは何か？
• RQ3 この施設は、ガイヤ、eROSITA、ユリクスの天文学的科学的目標をどのように効果的に補完できるか？
• RQ4 大規模調査に適した異なるファイバー位置決め方式の性能限界と設計上のトレードオフは何か？
• RQ5 施設シミュレータは、調査パラメータおよびシステム設計の最適化を効果的に支援できるか？

主な発見

• 4MOSTの設計は、5平方度を超える視野を達成しており、目標は5平方度以上である。広域調査が可能となる。
• 最大3000本のファイバーをサポートしており、高多重度運用の目標は1500本である。
• 分光計システムにより、R ~ 5000（390–1000 nm）で2000万件のスペクトル、R ~ 20,000（395–456.5 nmおよび587–673 nm）で200万件のスペクトルが提供される。
• R-Thetaファイバー位置決め方式は、従来のPhi-Theta方式よりも広いパトロール領域を有しており、調査効率が向上する。
• 施設シミュレータはトレードオフ意思決定を的確に支援し、複数の調査シナリオにおいて科学的要件を満たす設計を保証した。
• コンsortiumは、2018年末までに全施設を納品する計画であり、2019年から毎年高水準のデータ製品を提供する予定である。