[論文レビュー] Designing Future Dark Energy Space Mission: I. Building Realistic Galaxy Spectro-Photometric Catalogs and their first applications

S. Jouvel, Jean‐Paul Kneib+13 more|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2009

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 44

ひとこと要約

本論文は、COSMOS調査およびGOODSの輝度関数に基づいて作成された、現実的で公開可能な2つのモック銀河カタログを提示している。これらは、将来のダークエネルギー宇宙望遠鏡ミッションの設計を目的としている。広がりのある分光観測（1–1.7µm）を0.6–1.7µmに拡張することで、銀河の約80%が安全に光度赤方偏移を校正可能となり、宇宙論に不可欠な高精度な弱引力レンズトモグラフィーとBAO測定が可能になることが示された。

ABSTRACT

Future dark energy space missions such as JDEM and EUCLID are being designed to survey the galaxy population to trace the geometry of the universe and the growth of structure, which both depend on the cosmological model. To reach the goal of high precision cosmology they need to evaluate the capabilities of different instrument designs based on realistic mock catalog. The aim of this paper is to construct realistic and flexible mock catalogs based on our knowledge of galaxy population from current deep surveys. We explore two categories of mock catalog : (i) based on luminosity functions fit of observations (GOODS, UDF,COSMOS,VVDS) using the Le Phare software (ii) based on the observed COSMOS galaxy distribution which benefits from all the properties of the data-rich COSMOS survey. For these two catalogs, we have produced simulated number counts in several bands, color diagrams and redshift distribution for validation against real observational data. We also derive some basic requirements to help designing future Dark Energy mission in terms of number of galaxies available for the weak-lensing analysis as a function of the PSF size and depth of the survey. We also compute the spectroscopic success rate for future spectroscopic redshift surveys (i) aiming at measuring BAO in the case of the wide field spectroscopic redshift survey, and (ii) for the photometric redshift calibration survey which is required to achieve weak lensing tomography with great accuracy. They will be publicly accessible at http://lamwws.oamp.fr/cosmowiki/RealisticSpectroPhotCat, or by request to the first author of this paper.

研究の動機と目的

• 今後のダークエネルギーミッションの性能予測に役立てるため、現在の深宇宙調査データを反映した現実的で柔軟なモック銀河カタログの開発。
• 弱引力レンズおよびBAO測定の銀河効率に与える調査の深さ、PSFサイズ、分光観測波長範囲の影響の評価。
• 広視野調査における光度赤方偏移校正およびBAO検出の最適分光観測戦略の特定。
• 実データ（等級、色、赤方偏移、サイズ、線スペクトル分布）との比較によるカタログの妥当性検証を実施し、ミッション設計に向けた信頼性を確保。

提案手法

• COSMOSフィールドの多波長光度測定（30バンド）およびHST/ACS画像を用いて、赤方偏移、スペクトルエネルギー分布（SED）、サイズ、線スペクトル強度を導出することで、COSMOSモックカタログ（CMC）を構築。
• GOODS、UDF、COSMOS、VVDSデータにフィットした赤方偏移に依存するSchechter輝度関数を用い、Le Phareソフトウェアを用いてGOODS輝度関数カタログ（GLFC）を生成。
• 選択関数を考慮した上で、シミュレートされた数密度、色図、赤方偏移分布、線スペクトル強度を実調査データと比較することで、両カタログの妥当性を検証。
• 異なる赤方偏移範囲および等級限界における分光観測成功率（SSR）をシミュレートし、BAOおよび光度赤方偏移校正の完全性を評価。
• PSFサイズおよび調査の深さが弱引力レンズに必要な分解可能な銀河数に与える影響を評価し、地上観測と宇宙望遠鏡観測の違いを区別。
• VVDS-DEEPデータを用いて線スペクトルの発光度をモデル化し、さまざまな銀河タイプ（楕円銀河、渦巻銀河、星形成銀河）における分光観測の見込みおよび完全性を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弱引力レンズトモグラフィーに必要な、80%以上の安全な光度赤方偏移校正を達成するための最適分光観測波長範囲は何か？
• RQ2 地上観測と宇宙望遠鏡観測のどちらが、深宇宙調査における分光的確認銀河の効率に与える影響が大きいのか？
• RQ3 輝度関数に基づくカタログとデータ駆動型カタログは、実調査の観測量（等級、色、赤方偏移分布）をどの程度正確に再現できるか？
• RQ4 PSFサイズと調査の深さが、弱引力レンズの形状測定に利用可能な分解可能な銀河数に与える共同的影響は何か？
• RQ5 将来のダークエネルギーミッションにおいて、BAOおよび弱引力レンズ測定を信頼できるものとするために必要な調査の深さと分光観測完全性レベルは何か？

主な発見

• 分光観測範囲を1–1.7µmから0.6–1.7µmに拡張することで、非常に安全な分光的赤方偏移が約80%の銀河に達するようになり、高精度な光度赤方偏移校正が可能になる。
• CMCカタログは、0.4–2.2µmバンドで数密度に20%未満、色の中央値差が0.1–0.2 mag以内のずれで、観測された等級、色、赤方偏移分布を再現している。
• 弱引力レンズトモグラフィーにおいて、可視光および近赤外線の深い調査（I ~25.5）では、銀河密度が1アングストローム²あたり60個に達し、約80%の完全性で安全な赤方偏移校正が可能になる。
• 地上観測は、大気の揺らぎによるPSF制限により、I > 25の銀河に限定されるが、宇宙空間での観測は、より小さなPSFと深い調査により、より明るい銀河を分解可能にする。
• Hα線発光を用いた広視野BAO調査では、赤方偏移範囲0.5 < z < 1.5で、H < 22.5の条件で1アングストローム²あたり4つの銀河の密度が達成可能である。
• GLFCはCMCよりも深い調査の予測が可能であるが、近赤外域への外挿には依然として大きな不確実性が残っている。