[論文レビュー] An Overview of the SPACE Mission Proposal

Massimo Robberto, A. Cimatti+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

SPACEは、太陽-地球L2ラグランジュ点に配置された1.5m望遠鏡を用い、MEMSベースのスリット分光法により、0.8–1.8 µmの波長域でR ~ 400の分解能を達成し、5億個を超える銀河の全天空近赤外分光測定を実施するクラスMの宇宙ミッションを提案する。このミッションは、赤方偏移の精度が0.001未塔の水準を達成し、バリオン音響振動（BAO）と宇宙構造の成長の明確な測定を可能にし、BAOスケールの精度を0.5%にまで高める。また、ダークエネルギーおよび修正重力理論に対する画期的な制約をもたらす。

ABSTRACT

SPACE (SPectroscopic All-sky Cosmic Explorer) is a class-M mission proposed to ESA for the Cosmic Vision 2015-2025 call and recently promoted to the next assessment study phase. SPACE will produce the first all-sky spectroscopic survey of the Universe, taking spectra of more than 500 million galaxies over a wide range of redshifts. SPACE will operate in slit mode (MEMS) at R~400 between 0.8 and 1.8micron down to AB~23, providing redshifts to an accuracy of Delta z~0.001, regardless on the presence of bright emission lines, together with the most relevant physical and evolutionary properties. The catalog of spectroscopic redshift will allow to place the ultimate constraints on the Baryon Acoustic Oscillations and the nature of Dark Energy. By obtaining the first 3-D all-sky map of the Universe at z~2 and beyond, SPACE will trace the growth rate of cosmic structures, the large scale structure of luminous baryons and its cosmic evolution. Besides the all-sky survey, SPACE will carry out a deep extragalactic survey over an area of ~10 sq. deg., enabling a most powerful supernova search program, and a galactic plane survey in integral field mode. Approximately 30% of the time will be open. Due to its versatility, SPACE is a ``self-sufficient'' observatory which can attack and solve the most compelling questions on the nature of the Dark Energy without complementary data from the Earth or space. Its unique wide-field capabilities in the near-IR make SPACE the ideal complement to JWST, ALMA, and the future 25-50 m telescopes.

研究の動機と目的

• 銀河の赤方偏移を正確に測定することで、光度赤方偏移の限界を克服し、銀河赤方偏移領域の数億個の銀河に対して精密な分光的赤方偏移を提供すること。
• 赤方偏移の精度が0.001未塔の水準でバリオン音響振動（BAO）を測定し、ダークエネルギーと宇宙の幾何学的構造に対する最も厳しい制約を実現すること。
• z ~ 2から現在までの宇宙の大規模構造の成長を追跡し、ダークエネルギーと修正重力理論のモデルを区別すること。
• z > 2の原始銀河、Ly-α発光体、初期型銀河を発見・特徴付け、初のQSOおよびIa超新星を含むこと。
• 5年間のミッション期間中に30%のゲストオブザーバー時間を割り当て、あらゆる分野の天文学的データマイニングを可能にするレガシーデータセットを構築すること。

提案手法

• 太陽-地球L2ラグランジュ点に配置された1.5mの宇宙望遠鏡を用い、近赤外域での熱的および大気的干渉を最小限に抑える。
• MEMSマイクロミラー素子を用いたマルチオブジェクトスリット分光法を採用し、1回の指向で最大6,000個の銀河を0.4 deg²の視野内で同時に観測可能にする。
• 0.8–1.8 µmの波長域で分解能R ~ 400を達成し、発光ラインの有無に関わらず赤方偏移の測定精度がΔz ~ 0.001に達する十分な分光分解能を有する。
• 各指向点で最初にHバンドの画像撮影（AB ~ 23）を実施し、分光測定の対象となる天体を選別する。これにより、過去最多の深さの全天空近赤外画像測定が実現される。
• ハダマール変換を用いた統合場モードに切り替え、銀河平面の調査を実施し、1 deg²の帯域で3次元分光測定を可能にする。
• 広域の全天空調査（約70%の天の川をカバー）、深紫外銀河赤方偏移調査（10 deg²、AB ~ 26まで）、銀河平面調査を統合し、観測時間の約30%をゲストオブザーバープログラムに割り当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スペースベースの近赤外分光測定が、銀河赤方偏移領域の5億個の銀河に対して、赤方偏移精度0.001未塔の水準を達成できるか。
• RQ2 1つの全天空分光測定により、複数の赤方偏移チャンクにわたりバリオン音響振動がどの程度の精度で測定可能か。
• RQ3 広視野分光測定を用いて、z ~ 2から現在までの宇宙の大規模構造の成長率をどの程度の精度で測定できるか。
• RQ4 AB ~ 26まで深く、10 deg²をカバーする深さの分光測定により、高赤方偏移銀河（z > 2）、Ly-α発光体、初期のQSOの発見効率はどの程度か。
• RQ5 広視野を有するため、スペースベースの分光測定が、前例となるミッションに比べ10倍の効率でIa超新星を発見できるか。

主な発見

• SPACEは、Δz ~ 0.5の赤方偏移スライスにおいて、BAOスケールの測定精度を0.5%に達成し、他のすべての計画中の調査を上回る統計的パワーを有する。
• このミッションは、バリオン音響振動の特徴を決定的な測定にし、WFMOSに比べて統計的パワーが約10倍高い。
• 全天空調査により、z ~ 2以降の宇宙の初の3次元全天空マップが作成され、明るいバリオンの宇宙的大規模構造とその宇宙的進化が追跡可能になる。
• 深紫外銀河赤方偏移調査では、約2,300個のIa超新星が発見され、広視野の利点により、SNAPに比べ10倍の効率でスペクトル観測が可能になる。
• このミッションは、AB ~ 23の深さに達する、過去最多の全天空近赤外画像測定を実現する（分光測定のための天体選別プロセスの副産物として）。
• ダークエネルギーの状態方程式（w₀およびwₐ）に対する連合制約が著しく向上し、SPACEは単一の調査からw₀およびwₐに対して最も厳しい制約を提供する。