[論文レビュー] A new HST/Herschel deep field at the North Ecliptic Pole: preparing the way for JWST, SPICA and Euclid

S. Serjeant, V. Buat+23 more|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2012

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）、スパイラ、ユリクスといった今後の宇宙望遠鏡のための、深紫外〜赤外域にわたる共同多波長調査を北黄道極（NEP）で実施することを提案する。~10平方弧分の深紫外・可視域HST調査と、100平方弧分を超える広域HST調査に加え、共同で実施されるヘーシェル・SPIRE/PACSのミリ波長〜サブミリ波長マッピングにより、宇宙の歴史にわたる銀河進化、AGNのダスト放射、および静止系中赤外線特徴の非比類のない研究が可能となる。

ABSTRACT

We propose a co-ordinated multi-observatory survey at the North Ecliptic Pole. This field is the natural extragalactic deep field location for most space observatories (e.g. containing the deepest Planck, WISE and eROSITA data), is in the continuous viewing zones for e.g. Herschel, HST, JWST, and is a natural high-visibility field for the L2 halo orbit of SPICA with deep and wide-field legacy surveys already planned. The field is also a likely deep survey location for the forthcoming Euclid mission. It is already a multi-wavelength legacy field in its own right (e.g. AKARI, LOFAR, SCUBA-2): the outstanding and unparalleled continuous mid-IR photometric coverage in this field and nowhere else enables a wide range of galaxy evolution diagnostics unachievable in any other survey field, by spanning the wavelengths of redshifted PAH and silicate features and the peak energy output of AGN hot dust. We argue from the science needs of Euclid and JWST, and from the comparative multiwavelength depths, that the logical approach is (1) a deep (H-UDF) UV/optical tile in the NEP over ~10 square arcminutes, and (2) an overlapping wide-field UV/optical HST survey tier covering >100 square arcminutes, with co-ordinated submm SPIRE mapping up to or beyond the submm point source confusion limit over a wider area and PACS data over the shallower HST tier.

研究の動機と目的

• ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）、スパイラ、ユリクスといった今後の宇宙望遠鏡のための、北黄道極（NEP）を優れた深紫外・銀河系外レガシーフィールドとして確立すること。
• L2軌道望遠鏡の連続視認ゾーンにあるNEPの特異な位置を活用し、長時間にわたる途切れのない観測を可能にすること。
• 既存の調査（例：AKARI、WISE、ヘーシェル）による、赤方偏移したPAHおよびケイ酸塩特徴の診断に利用可能な、画期的な中赤外線光度測定のカバー範囲を活用すること。
• これらの成分のピークエネルギー出力が赤方偏移に伴いどのように変化するかをカバーするため、銀河進化およびAGNの高温ダスト放射の高精度な研究を可能にすること。
• 混乱限界を超えるのを防ぐために、深紫外・可視域のHSTイメージングと広域サブミリ波長マッピングを統合した共同で実施される、多段階の調査戦略を確立すること。

提案手法

• 北黄道極（NEP）におけるHST紫外・可視域の『超深紫外フィールド』（H-UDF）タイルを、~10平方弧分の範囲に設置し、高感度な銀河検出を実現する。
• 銀河集団の統計的分析を可能にするために、100平方弧分を超える広域HST調査タイヤを重ねて実施する。
• ヘーシェルのSPIRE機器を用いた共同サブミリ波長観測を実施し、250、350、500 μmにおける混乱限界までまたはそれ以上にNEPをマッピングする。
• 広域HSTタイヤ全体にわたり、浅いPACSサブミリ波長データを含め、広い波長範囲と源検出の可能性を確保する。
• AKARI、LOFAR、SCUBA-2、Planck、WISE、eROSITAの既存の多波長データを統合し、包括的なレガシーデータセットを構築する。
• L2軌道の連続視認ゾーンにあるNEPの位置を活用し、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）、スパイラ、ユリクスといった今後のミッションの観測効率を最大化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 北黄道極における共同多波長調査は、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）、スパイラ、ユリクスの科学的ニーズを最もよく満たす方法は何か？
• RQ2 銀河進化の診断を最大化するには、深紫外・可視域HSTイメージングにおける深さと広域の最適なバランスは何か？
• RQ3 北黄道極における既存の中赤外線およびサブミリ波長データは、赤方偏移したPAHおよびケイ酸塩特徴の独自の研究をどの程度可能にするか？
• RQ4 L2軌道の連続視認ゾーンにある北黄道極の位置は、今後の宇宙望遠鏡にとっての価値をどのように高めるか？
• RQ5 深紫外・可視域HSTイメージングと広域サブミリ波長マッピングを組み合わせることで、源の混乱と源の特徴抽出にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 北黄道極は、銀河系外のいかなるフィールドよりも深く、連続的な中赤外線光度測定のカバー範囲を有しており、赤方偏移したPAHおよびケイ酸塩特徴の独自の診断を可能にしている。
• このフィールドには、AKARI、LOFAR、SCUBA-2、Planck、WISE、eROSITAのレガシーデータが既に存在し、独自に多波長のレガシーフィールドとしての価値を持つ。
• 提案されたH-UDFタイル（~10平方弧分）と広域HSTタイヤ（>100平方弧分）は、銀河集団の研究に向けた補完的で、広い動的レンジを持つ。
• 混乱限界までまたはそれ以上に達する共同SPIREマッピングにより、サブミリ波長源の特徴とその進化をしっかりとした形で特定可能となる。
• L2軌道の連続視認ゾーンにあるNEPの位置は、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）、スパイラ、ユリクスといった今後のミッションにとって、高い観測効率を実現する。
• 深紫外・可視域のHSTイメージングと広域サブミリ波長マッピングの組み合わせにより、宇宙の歴史にわたるAGNの高温ダスト放射の高精度な研究が可能となる。