[論文レビュー] BlueMUSE: Project Overview and Science Cases

Johan Richard, Roland Bacon+60 more|Open Repository and Bibliography (University of Liège)|Jun 4, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 191被引用数 35

ひとこと要約

BlueMUSEは、VLT用の青色最適化された広視野のIFUで、MUSEを350–600 nmまで拡張し、分解能R~3600、視野を2倍に拡大し、銀河系・局所群・青外部宇宙の青/UV領域科学を大規模に拡張します。

ABSTRACT

We present the concept of BlueMUSE, a blue-optimised, medium spectral resolution, panoramic integral field spectrograph based on the MUSE concept and proposed for the Very Large Telescope. With an optimised transmission down to 350 nm, a larger FoV (1.4 x 1.4 arcmin$^2$) and a higher spectral resolution compared to MUSE, BlueMUSE will open up a new range of galactic and extragalactic science cases allowed by its specific capabilities, beyond those possible with MUSE. For example a survey of massive stars in our galaxy and the Local Group will increase the known population of massive stars by a factor $>$100, to answer key questions about their evolution. Deep field observations with BlueMUSE will also significantly increase samples of Lyman-alpha emitters, spanning the era of Cosmic Noon. This will revolutionise the study of the distant Universe: allowing the intergalactic medium to be detected unambiguously in emission, enabling the study of the exchange of baryons between galaxies and their surroundings. By 2030, at a time when the focus of most of the new large facilities (ELT, JWST) will be on the infra-red, BlueMUSE will be a unique facility, outperforming any ELT instrument in the Blue/UV. It will have a strong synergy with ELT, JWST as well as ALMA, SKA, Euclid and Athena.

研究の動機と目的

• BlueMUSE装置概念の概要と、それが青/紫外線天文学の世界における位置づけ。
• その科学ケースを可能にする主要性能指標と技術設計上の選択を定義する。
• BlueMUSEによって実現される主な科学プログラムを、天の川銀河、局所群、近傍銀河、および遠方宇宙にわたって概説する。

提案手法

• MUSEアーキテクチャを、類似のモジュラーデザインを維持しつつ、青色最適化性能へ適応する。
• 視野と画質を向上させる潜在的なアップグレードとして曲率検出器を採用する。
• 350–600 nmのカバレッジをR>3000（平均 ~R=3600）で、空間サンプリング0.3″、1.4 arcmin^2の視野を目標とする。
• 望遠鏡・大気を含むMUSEと同等のエンドツーエンドスループットを、範囲全体で最低 >15%、平均 >25%を維持する。
• リスクを低減するため、視界限界のパノラマIFUモードで24x4Kx4K CCD、固定スペクトル/空間フォーマットで運用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BlueMUSEは、利用可能なインフラ制約の範囲内で、既存の調査と比較して巨視的な星スペクトroscopyの数百倍の増加を達成できるか？
• RQ2 高混同行列を用いた青色350–600 nmスペクトroscopyから、球状星団の複数集団やUltra-Faint Dwarf銀河に関してどんな新しい洞察が得られるか？
• RQ3 青色波長のスペクトroscopyは、[O III] 4363 および [O II] 3727 線を用いたイオン化星雲の豊度およびO/H診断の測定をどう改善するか？
• RQ4 赤方偏移z~2–3でのLyman-α発光体および惑星周囲銀河/星間介在媒質の研究におけるBlueMUSEの影響は何か？
• RQ5 ELT、JWST、ALMA、SKA、Euclid、AthenaとBlueMUSEがどのように相乗的に働き、銀河進化へ向けたmulti-wacuumアプローチを推進するか？

主な発見

• BlueMUSEは、銀河系・局所群における巨視的星スペクトroscopyの既知母集団を100倍以上増やすことができる。
• BlueMUSEは350–600 nmでR ≈ 3600の分光を提供し、重なる領域でMUSEの分光解像度を概ね倍程度に向上させる。
• 1.4′×1.4′の視野を0.3′′のスペックルでサンプリングし、若いクラスターのような混雑領域でデブレンデッドスペクトルを可能にする。
• BlueMUSEは、ファイバー型MOS機器では実現が難しかった青色波長の調査を、効率的かつ混雑の解決を前提とした形で実現する。
• 遠方宇宙では、BlueMUSEは発光体間介在媒体のクリーンな検出を可能にし、宇宙正午付近のLyα研究を改善する。
• Keck KCWIと比較して、BlueMUSEは視野の大きさとスループット/安定性の向上により、2桁の効率差を提供する。