[論文レビュー] Astronomical Research with Liquid Mirror Telescopes

E. F. Borra|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2001

Adaptive optics and wavefront sensing被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、液体ミラー望遠鏡（LMT）を、大規模な天文学的調査のためのコスト効率の高いソリューションとして提唱している。低コストの資本および運用コストを活かして、広範かつ集中した研究を可能にする。本研究では、LMTが宇宙論的調査を実施可能であることを示しており、赤方偏移z=1までのタイプIa超新星を年間数千個検出可能であり、銀河団内のMACHOを同定可能である。これにより、高い統計的パワーで競合する宇宙論的モデルを区別できる。

ABSTRACT

Liquid mirror telescopes are of interest to Astronomy because of their very low capital and operating costs. Low cost has a potentially revolutionary impact since it allows one to dedicate a large telescope to a narrowly focused project that needs a large quantity of observations. The technology is now well proven in the laboratory as well as in observatory settings and is stepping into the mainstream of astronomical research. This paper has two main purposes. a) To acquaint the astronomical community with LMT zenith observing and to illustrate the LMT advantage with specific examples of research topics of current interest that could be carried out only with LMTs because of their low costs. I argue that LMTs are more versatile than generally thought and that the challenge is to use LMTs in such ways as to maximize their advantages and minimize their disadvantages. I briefly review specific issues regarding zenith telescopes. I then illustrate the LMT advantage with specific examples of astronomical research. b) I show that the large number of objects observed with a surveying LMT allows one to carry out cosmological projects at low redshifts. I show that a variability survey would obtain light curves for several thousands of type Ia supernovae per year up to z=1 and easily discriminate among competing cosmological models. The same survey would find large numbers of MACHOs in clusters of galaxies and in background faint galaxies. Finally, I discuss a spectrophotometric survey carried out with interference filters, showing its power to discriminate among cosmological models and to study the large-scale distribution of galaxies in the Universe.

研究の動機と目的

• 液体ミラー望遠鏡（LMT）が専用で大規模な天文学的調査に適していること、その利点を示すこと。
• 天頂を向いた設計に起因する制限を最小限に抑えつつ、LMTの有用性を最大限に引き出す課題に対処すること。
• 高頻度・広範囲の調査によって、低赤方偏移における宇宙論的プロジェクトをLMTが支援できることを示すこと。
• 年間数千ものタイプIa超新星の光度曲線を用いて、競合する宇宙論的モデルを区別できること。
• LMTを用いた干渉フィルタ分光測光法を活用し、大規模銀河分布をマッピングすること。

提案手法

• 回転する液体（通常は水銀）を用いて放物面反射面を形成する液体ミラー望遠鏡を活用し、大口径・低コストの光学系を実現すること。
• 機械的設計を単純化しコストを削減するため、天頂を向いた観測を実施し、地球の重力によってミラー形状を維持すること。
• 干渉フィルタを用いて広い視野での分光測光観測を実施する調査戦略を導入すること。
• LMTの高い観測効率を活かし、赤方偏移z=1までの範囲で年間数千ものタイプIa超新星の光度曲線を取得すること。
• 光度曲線データに対して統計解析を適用し、ダークエネルギーパラメータが異なるモデル間を区別すること。
• 同じ調査データを用いて、銀河団内のMACHOおよび背景の微弱銀河における重力レンズ効果による微小レンズ効果イベントを検出すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 液体ミラー望遠鏡は、高精度な宇宙論的調査に十分な安定性と性能を発揮できるか？
• RQ2 LMT調査は、赤方偏移z=1までの範囲で、年間何個のタイプIa超新星を検出可能であり、そのデータは宇宙論的モデルの区別に役立つか？
• RQ3 LMTは、銀河団内および背景の微弱銀河におけるMACHOを微小レンズ効果調査によって検出可能か？
• RQ4 LMTに干渉フィルタを用いた分光測光調査を実施した場合、宇宙の大規模構造をどの程度効果的にマッピングできるか？
• RQ5 天頂のみを向くという制約がある中で、LMTの科学的成果を最大限に引き出す最適な観測戦略は何か？

主な発見

• 液体ミラー望遠鏡の調査では、赤方偏移z=1までの範囲で年間数千ものタイプIa超新星の光度曲線を取得可能である。
• 検出された超新星の数が多いことで、競合する宇宙論的モデル間の統計的区別が強く可能になる。
• 同じ調査により、銀河団内および背景の微弱銀河におけるMACHOイベントの数が多数検出可能である。
• 干渉フィルタを用いた分光測光調査は、LMTを用いて宇宙の大規模銀河分布を効果的に調査できる。
• LMTの低コスト特性により、特定の科学的プロジェクトに特化した大口径望遠鏡を設置可能となり、観測効率が著しく向上する。
• 液体ミラー技術は、すでに観測所での運用に十分な成熟度に達しており、今後は天文学的調査の主流ツールとなることが期待される。