[論文レビュー] Cosmic Dawn Intensity Mapper

Asantha Cooray, Jamie Bock+10 more|arXiv (Cornell University)|Feb 16, 2016

Astronomical Observations and Instrumentation被引用数 16

ひとこと要約

コズミック・ドーン強度マッパー（CDIM）は、線形可変フィルター（LVF）を用いて近赤外域（0.7–6–7 μm）で低分解能（R=200–300）の分光画像撮影を実施する予定のプローブクラスの宇宙ミッションである。このミッションは、再結合期の宇宙時代（EoR）における最初の銀河からの分光的発光線をマッピングし、宇宙の夜明けの3次元トモグラフィックな視覚を提供することで、宇宙史の90％以上にわたる銀河形成の研究を可能にする。

ABSTRACT

Cosmic Dawn Intensity Mapper is a "Probe Class" mission concept for reionization studies of the universe. It will be capable of spectroscopic imaging observations between 0.7 to 6-7 microns in the near-Infrared. The primary observational objective is pioneering observations of spectral emission lines of interest throughout the cosmic history, but especially from the first generation of distant, faint galaxies when the universe was less than 800 million years old. With spectro-imaging capabilities, using a set of linear variable filters (LVFs), CDIM will produce a three-dimensional tomographic view of the epoch of reionization (EoR). CDIM will also study galaxy formation over more than 90% of the cosmic history and will move the astronomical community from broad-band astronomical imaging to low-resolution (R=200-300) spectro-imaging of the universe.

研究の動機と目的

• 宇宙が8億年未満の時期にさかのぼる再電離期（EoR）の分光的画像撮影を画期的に実施すること。
• 宇宙史の90％以上にわたる期間にわたり、最初の銀河の形成と進化を研究すること。
• 天文学を広帯域画像撮影から、深宇宙の低分解能分光画像撮影へと転換すること。
• 宇宙の夜明け期に存在する遠方で微弱な銀河からの主要な分光的発光線を検出・マッピングすること。
• 新規のフィルター方式分光システムを用いて、EoRの3次元トモグラフィックな視覚を提供すること。

提案手法

• 近赤外域（0.7–6–7 μm）の全範囲にわたり、低分解能分光画像撮影を可能にするために線形可変フィルター（LVF）のセットを活用する。
• 深宇宙・広視野画像撮影に最適化された、宇宙空間に配置された観測プラットフォームを採用し、分光分解能R=200–300を実現する。
• 同時にスペクトル分散を伴う多波長画像撮影により、高赤方偏移銀河からの発光線を捉える。
• LVFでフィルタリングされた観測からの空間的およびスペクトル的情報を統合し、天の川の強度と赤方偏移の3次元データキューブを構築する。
• 最初の銀河からの主要な発光線（例：Lyα、[C II]）の検出に焦点を当てる。
• 大気干渉を最小限に抑えるために、赤方偏移された発光線を観測可能な近赤外窓で運用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙史の最初の8億年以内に形成された最初の銀河の空間的・スペクトル的特性は何か？
• RQ2 最初の銀河は、銀河間媒体の再電離にどのように寄与したか？
• RQ3 再電離期に、主要な発光線（例：Lyα、[C II]）の分布と進化はいかなるものか？
• RQ4 LVFを用いた低分解能分光画像撮影が、1回のミッションでEoRの3次元構造を効果的にマッピングできるか？
• RQ5 CDIM観測から得られる初期銀河の性質は、現在の宇宙の夜明けに関する理論的モデルとどのように一致するか？

主な発見

• CDIMは、R=200–300の分光分解能を達成する設計となっており、高赤方偏移銀河からの赤方偏移発光線の検出が可能である。
• 0.7–6–7 μmの範囲で分光画像撮影を用いて、再電離期の3次元トモグラフィックマップを提供する。
• 宇宙が8億年未満の時期に存在した、微弱で遠方の最初の銀河からのスペクトル的発光線を観測する。
• 線形可変フィルター（LVF）の使用により、可動部品が不要な効率的で広視野の分光画像撮影が実現される。
• CDIMは、EoRを越えて後の宇宙時代にまで及ぶ宇宙史の90％以上にわたる銀河形成を研究する。
• このミッション・コンセプトは、NASAのコズミック・オリジンズ・プログラム分析グループ（COPAG）に提出されており、公式なミッション研究ステータスにあることを示している。