[論文レビュー] Continuum surveys with LOFAR and synergy with future large surveys in the 1-2 GHz band

R. Morganti, H. J. A. Röttgering+10 more|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2010

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 19被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、LOFARが低周波数（15–200 MHz）で計画する連続スペクトルサーベイと、ASKAP や Apertif などの施設による今後の高周波数サーベイ（1–2 GHz）との連携について概説している。LOFARの広視野と感度の特長を活かし、巨大銀河形成、銀河団の磁場、初期星形成、および偶然発見された天体の研究が可能となり、周波数を跨ぐ研究により、サブ-mJy源まで詳細なスペクトルおよびISM解析が可能となる。

ABSTRACT

Radio astronomy is entering the era of large surveys. This paper describes the plans for wide surveys with the LOw Frequency ARray (LOFAR) and their synergy with large surveys at higher frequencies (in particular in the 1-2 GHz band) that will be possible using future facilities like Apertif or ASKAP. The LOFAR Survey Key Science Project aims at conducting large-sky surveys at 15, 30, 60, 120 and 200 MHz taking advantage of the wide instantaneous field of view and of the unprecedented sensitivity of this instrument. Four topics have been identified as drivers for these surveys covering the formation of massive galaxies, clusters and black holes using z>6 radio galaxies as probes, the study of the intercluster magnetic fields using diffuse radio emission and Faraday rotation measures in galaxy clusters as probes and the study of star formation processes in the early Universe using starburst galaxies as probes. The fourth topic is the exploration of new parameter space for serendipitous discovery taking advantage of the new observational spectral window open up by LOFAR. Here, we briefly discuss the requirements of the proposed surveys to address these (and many others!) topics as well as the synergy with other wide area surveys planned at higher frequencies (and in particular in the 1-2 GHz band) with new radio facilities like ASKAP and Apertif. The complementary information provided by these surveys will be crucial for detailed studies of the spectral shape of a variety of radio sources (down to sub-mJy sources) and for studies of the ISM (in particular HI and OH) in nearby galaxies.

研究の動機と目的

• 15–200 MHzでLOFARを用いた広域連続スペクトルサーベイを設計し、宇宙の初期における重要な天体物理学的現象を調査すること。
• 赤方偏移 z > 6 の高赤方偏移電波銀河（z > 6 radio galaxies）を特定・研究し、巨大銀河および特大ブラックホール形成の探査に用いること。
• 銀河団内の拡散的電波放射を用いて、銀河団間磁場およびファラデー回転を調査すること。
• 星形成爆発銀河（starburst galaxies）をトレーサーとして用い、初期宇宙における星形成プロセスを研究すること。
• 1–2 GHz帯でのLOFARの新しいスペクトル窓を活用し、偶然発見された天体の探索を可能にすること。

提案手法

• LOFARの広視野と高い感度を活かし、15, 30, 60, 120, および200 MHzで大規模天の川サーベイを実施すること。
• 赤方偏移 z > 6 の電波銀河をトレーサーとして用い、高赤方偏移における巨大銀河および特大ブラックホール形成を研究すること。
• 銀河団内の拡散的電波放射およびファラデー回転測定値を分析し、銀河団スケールの銀河団間磁場をマッピングすること。
• 星形成爆発銀河を用いて、初期宇宙における星形成活動をプローブすること。
• LOFARのデータと、将来的な高周波数サーベイ（例：ASKAP, Apertif）の1–2 GHz帯データを統合し、電波源のスペクトルエネルギー分布を研究すること。
• 多周波数データ統合により、特にHIおよびOHを含む近傍銀河の星間物質（ISM）を研究すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LOFARの低周波数サーベイは、赤方偏移 z > 6 の状態における巨大銀河およびブラックホールの形成と進化をどのように追跡できるか？
• RQ2 銀河団における拡散的電波放射およびファラデー回転は、銀河団間磁場についてどのような情報を提供するか？
• RQ3 高赤方偏移における星形成爆発銀河は、初期宇宙における星形成の歴史をどのように明らかにするか？
• RQ4 LOFARの広いスペクトル窓を活用することで、どのような新しい天体が偶然発見可能となるか？
• RQ5 1–2 GHz帯の多周波数サーベイは、電波源のスペクトル形状およびISM特性の研究をどのように向上させるか？

主な発見

• LOFARが15–200 MHzで実施するサーベイは、高赤方偏移電波銀河およびその環境を研究する上で、類を見ない感度と広視野カバーを提供する。
• LOFARと将来的な1–2 GHzサーベイ（例：ASKAP, Apertif）の連携により、サブ-mJyレベルまで電波源のスペクトルエネルギー分布を詳細に測定できるようになる。
• 銀河団における拡散的電波放射およびファラデー回転測定により、銀河団スケールの磁場をマッピング可能となる。
• LOFARサーベイで検出された星形成爆発銀河は、初期宇宙における強力な星形成の主要なトレーサーとなる。
• 低周波数のLOFARデータと高周波数サーベイの統合により、特にHIおよびOHを含む近傍銀河の星間物質に対する制約が顕著に強化される。
• LOFARが1–2 GHz帯で新たなパラメータ空間を探索できる能力のおかげで、1–2 GHz帯における偶然発見の可能性が高まる。