[論文レビュー] Enhancing LSST Science with Euclid Synergy

P. Capak, Jean‐Charles Cuillandre+24 more|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2019

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 10被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、LSSTとEuclid宇宙望遠鏡の協働調査戦略を提案し、地上の光学画像と宇宙空間の光学および近赤外線画像・分光計測を重ねることで、ダークエネルギーおよびミルキーウェイの科学を顕著に向上させる。LSSTの10年間の調査時間の0.3–3.8%を割り当てて、COSMOS、SXDS、CDFS、およびアカリ・ディープフィールド・サウスといったEuclidの深宇宙フィールドを共同観測することで、ダークエネルギーに関する宇宙論的制約が30–69%向上し、ミルキーウェイのハロー地図作成が50%以上の面積をカバーして1桁の向上を遂げる。

ABSTRACT

This white paper is the result of the Tri-Agency Working Group (TAG) appointed to develop synergies between missions and is intended to clarify what LSST observations are needed in order to maximally enhance the combined science output of LSST and Euclid. To facilitate LSST planning we provide a range of possible LSST surveys with clear metrics based on the improvement in the Dark Energy figure of merit (FOM). To provide a quantifiable metric we present five survey options using only between 0.3 and 3.8% of the LSST 10 year survey. We also provide information so that the LSST DDF cadence can possibly be matched to those of \emph{Euclid} in common deep fields, SXDS, COSMOS, CDFS, and a proposed new LSST deep field (near the Akari Deep Field South). Co-coordination of observations from the Large Synoptic Survey Telescope (LSST) and Euclid will lead to a significant number of synergies. The combination of optical multi-band imaging from LSST with high resolution optical and near-infrared photometry and spectroscopy from \emph{Euclid} will not only improve constraints on Dark Energy, but provide a wealth of science on the Milky Way, local group, local large scale structure, and even on first galaxies during the epoch of reionization. A detailed paper has been published on the Dark Energy science case (Rhodes et al.) by a joint LSST/Euclid working group as well as a white paper describing LSST/Euclid/WFIRST synergies (Jain et al.), and we will briefly describe other science cases here. A companion white paper argues the general science case for an extension of the LSST footprint to the north at airmass < 1.8, and we support the white papers for southern extensions of the LSST survey.

研究の動機と目的

• LSSTとEuclidの両者のデータを統合した科学的成果を最大化する協働調査戦略を定義すること。
• Euclidの深宇宙フィールドと最適に重複するLSSTの調査オプション（ミニ調査からディープドリルフィールドまで）を特定すること。
• 共同LSST-Euclid観測によるダークエネルギーの図形的指標（FOM）の向上を定量的に評価すること。
• 主要な深宇宙フィールドにおいてLSSTの観測サイクルをEuclidのスケジュールに合わせることで、高精度な光度赤方偏移、弱引力レンズ、分離処理の実現を図ること。
• 連携を最大化するために、LSSTの調査範囲を北方向に拡大し、ディープドリルフィールドをアカリ・ディープフィールド・サウスに配置するなどの調査変更を提言すること。

提案手法

• LSSTの10年間調査時間の0.3–3.8%を割り当てた5つの順位付けられたLSST調査オプションを提案し、各フィルタごとの観測回数と領域カバー範囲を明示する。
• 共同LSST-Euclidデータからの改善を評価する定量的指標として、ダークエネルギーの図形的指標（FOM）を用いる。
• LSSTの観測サイクルをEuclidの観測スケジュールに合わせ、COSMOS、SXDS、CDFS、アカリ・ディープフィールド・サウスといったEuclidの深宇宙フィールドを共同観測することに焦点を当てる。
• 単一観測の深さよりも、観測の一貫性と合成深さを優先し、光度系のずれを制御するため、各フィルタで最低5回の観測を推奨する。
• 画像品質、空の明るさ、合成深さなどの調査制約を、調査設計をガイドする上で重要度順にランク付けし、合成深さを最も高い順位に置く。
• 領域カバー範囲と深さスケーリングに基づいて性能をモデル化し、重複度と深さが高くなるほどFOMが向上することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LSSTとEuclidが共同でダークエネルギーの制約をどの程度向上させられ、その程度はどれほどか？
• RQ2 どの特定のLSST調査設定（範囲、深さ、サイクル）がEuclidの深宇宙フィールドと最適に連携するか？
• RQ3 COSMOS や CDFS といった共通の深宇宙フィールドで共同観測することで、光度赤方偏移の精度と弱引力レンズ測定がどのように向上するか？
• RQ4 LSSTの協働調査において、調査範囲、合成深さ、観測回数の間で最適なトレードオフは何か？
• RQ5 LSSTの調査範囲を北方向に拡大し、ディープドリルフィールドをアカリ・ディープフィールド・サウスに配置することで、全体の科学的成果がどのように向上するか？

主な発見

• LSSTとEuclidの深宇宙フィールドを共同で観測することで、ダークエネルギーの図形的指標（FOM）が30–69%向上し、調査設定に応じて変動する。
• LSSTの調査がEuclidの深宇宙フィールドと重複することで、ミルキーウェイのハロー地図作成が50%以上の面積をカバーして1桁の向上を達成する。
• 最も効果的なLSST調査オプションは、10年間の調査時間の0.3–3.8%を割り当てており、複数のフィルタで25～1507回の観測が行われる。
• アカリ・ディープフィールド・サウスは、LSSTのディープドリルフィールドとしての最適候補と特定され、10 deg²の領域と1507回の観測（u: 738回、g: 96回、など）が提案されている。
• 観測の一貫性と合成深さは、単一観測の深さよりも重要であり、光度系のずれを制御するため、各フィルタで最低5回の観測を推奨する。
• 深宇宙フィールドにおいてLSSTのサイクルをEuclidのスケジュールに合わせることで、銀河の光度測定の分離処理が向上し、弱引力レンズのずれ測定が高精度化する。