[論文レビュー] BigBOSS: The Ground-Based Stage IV Dark Energy Experiment

David J. Schlegel, Chris Bebek+19 more|ArXiv.org|Apr 2, 2009

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 4被引用数 54

ひとこと要約

BigBOSSは、既存のNOAO望遠鏡に4000ファイバー分光器を搭載することで、赤方偏移0.2 < z < 3.5の範囲で全天空の銀河および水素ガスの赤方偏移調査を実施する、地上ベースの段階IVのダークエネルギー実験を提案する。バリオン音響振動（BAO）および赤方偏移空間歪みを測定することで、宇宙空間に打つJDEMミッションと同等のダークエネルギータスクフォースの図表的優位性（FoM）を達成することを目的としており、コストとリスクを低く抑えつつ実現可能である。

ABSTRACT

The BigBOSS experiment is a proposed DOE-NSF Stage IV ground-based dark energy experiment to study baryon acoustic oscillations (BAO) and the growth of structure with an all-sky galaxy redshift survey. The project is designed to unlock the mystery of dark energy using existing ground-based facilities operated by NOAO. A new 4000-fiber R=5000 spectrograph covering a 3-degree diameter field will measure BAO and redshift space distortions in the distribution of galaxies and hydrogen gas spanning redshifts from 0.2

研究の動機と目的

• 宇宙の歴史にわたるダークエネルギーの状態方程式とその進化を測定することで、ダークエネルギーの根本的謎を解明すること。
• 前例となる調査の制限を超えるために、広域・深さ・高精度な全天空赤方偏移調査を可能にすること。
• BAOに関して、宇宙空間に打つJDEMミッションと同等のダークエネルギータスクフォースの図表的優位性（DETF FoM）を達成すること。
• 既存の地上施設を活用することでコストとリスクを低減し、同時にコミュニティが利用可能なマルチオブジェクト分光能力を提供すること。
• 米国ベースの、コミュニティ主導の調査を通じて、データおよび機器への前例のないアクセスを可能にすること。

提案手法

• NOAO施設の既存の4メートルクラス望遠鏡に、新規の4000ファイバー分光器（R=5000）を設置する。
• 3度の直径の視野をカバーすることで、天の川カバー率と調査効率を最大化する。
• 赤方偏移0.2 < z < 3.5の範囲で、銀河および中性水素（HI）の広域赤方偏移調査を実施する。
• バリオン音響振動（BAO）を標準定規として用い、宇宙距離および膨張歴の測定を実施する。
• 赤方偏移空間歪みを測定することで、大規模構造の成長率を調べ、重力モデルを検証する。
• 既存インfraとコミュニティ支援を活用することで、コストと技術的リスクを最小限に抑える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地上ベースの広域分光調査が、宇宙空間に打つJDEMミッションと同等のダークエネルギータスクフォースの図表的優位性（FoM）を達成できるか。
• RQ2 地上施設を用いて、赤方偏移範囲0.2 < z < 3.5の全範囲でバリオン音響振動（BAO）をどの程度正確に測定できるか。
• RQ3 赤方偏移空間歪みは、構造の成長率をどの程度正確に制約でき、重力およびダークエネルギーモデルの検証にどの程度寄与できるか。
• RQ4 4000ファイバー分光器を既存望遠鏡に搭載した場合、段階IVのダークエネルギー実験としての実現可能性と科学的リターンは何か。
• RQ5 コミュニティがアクセス可能なレガシーデータベースとしての調査を設計することで、長期的な科学的インパクトを最大限に高めることは可能か。

主な発見

• BigBOSS実験は、BAOに関してJDEMミッションと同等のダークエネルギータスクフォースの図表的優位性（DETF FoM）を達成すると予測されており、同等の科学的パワーを有することを示している。
• 調査は全天空の範囲をカバーし、赤方偏移がz = 0.2からz = 3.5まで延びるため、宇宙の歴史の大部分にわたる宇宙膨張および構造成長の測定が可能になる。
• 4000ファイバー分光器により、3度の視野で高精度なマルチオブジェクト赤方偏移測定が可能となり、調査速度と深さが著しく向上する。
• 既存の地上施設を活用することで、宇宙空間に打つダークエネルギーミッションに比べて低コスト・低リスクでありながら、高い科学的価値を維持できる。
• 銀河およびHIの赤方偏移データの永続的レガシー・アーカイブが作成され、将来的な宇宙論的研究の基盤データセットとして機能する。
• 本実験は、SDSSのような以前の大規模分光調査に比べ、調査速度と範囲カバー率で100倍の向上を達成するように設計されている。