[論文レビュー] eROSITA on SRG: a X-ray all-sky survey mission

N. Cappelluti, P. Predehl+24 more|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2010

Space Technology and Applications参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

eROSITA は SRG タスクで、7 個の Wolter-I テレスコープと pn-CCD ディテクタを用いて、赤方偏移 z ≈ 1.3 まで 50,000～100,000 個の銀河団を検出する深さのある全天 X線サーベイを実施する。1.5 keV での有効面積は約 1500 cm²、分解能は 25–30 角秒であり、ROSAT よりも感度が 30 倍高い。これにより、団質量関数とパワー スペクトルの進化を用いたダークエネルギーおよび大規模構造の精密な宇宙論的制約が可能になる。

ABSTRACT

eROSITA (extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array) is the core instrument on the Russian Spektrum-Roentgen-Gamma (SRG) mission which is scheduled for launch in late 2012. eROSITA is fully approved and funded by the German Space Agency DLR and the Max-Planck-Society. The design driving science is the detection of 50 - 100 thousands Clusters of Galaxies up to redshift z ~ 1.3 in order to study the large scale structure in the Universe and test cosmological models, especially Dark Energy. This will be accomplished by an all-sky survey lasting for four years plus a phase of pointed observations. eROSITA consists of seven Wolter-I telescope modules, each equipped with 54 Wolter-I shells having an outer diameter of 360 mm. This would provide and effective area at 1.5 keV of ~ 1500 cm2 and an on axis PSF HEW of 15" which would provide an effective angular resolution of 25"-30". In the focus of each mirror module, a fast frame-store pn-CCD will provide a field of view of 1 deg in diameter for an active FOV of ~ 0.83 deg^2. At the time of writing the instrument development is currently in phase C/D.

研究の動機と目的

• 大規模構造のトレーサーとしての銀河団を検出するため、深さのある全天 X線サーベイを実施すること。
• 団質量関数およびパワー スペクトルの進化を測定し、特にダークエネルギーを含む宇宙論的パラメータを制約すること。
• 7 個の Wolter-I テレスコープと高効率な pn-CCD を用いた 4 年間の全天サーベイにより、ROSAT よりも 30 倍高い感度を達成すること。
• X線および Sunyaev-Zeldovich 測定を用いて、赤方偏移 z ≈ 1.3 までに 3.5×10¹⁴ h⁻¹ M☉ 以上の質量を持つ団を同定・特徴付けること。
• 複数の宇宙論的テストに一貫性をもたせるために、50,000～100,000 個の団を統計的に完全なサンプルとして提供すること。

提案手法

• eROSITA は 7 個の Wolter-I テレスコープ モジュールを用い、それぞれが 54 個のネストドシェルを有することで、1.5 keV で約 1500 cm² の有効面積と、15 角秒の軸上 PSF を達成する。
• 各テレスコープ モジュールは焦点に高速フレームストア型 pn-CCD を使用し、1° の視野角を有し、有効視野は約 0.83 deg² である。
• L2 ラグランジュ点の周囲でスキャンモードで運用され、4 年間の全天サーベイに加え、2 つの深紫外極領域をカバーする。
• 高温の団内媒体放射の検出に最適化されており、全天サーベイにおける 0.5–2 keV フレーム限界は約 3×10⁻¹⁴ erg cm⁻² s⁻¹ である。
• 背景モデルには宇宙線および粒子誘発背景を含み、0.5–2 keV 帯で 1 deg⁻² あたり 5.63 cts s⁻¹ の背景率が得られる。
• シミュレーションには、宇宙背景および粒子背景、AGN、および流体ダイナミクス・シミュレーションからの団源を組み込み、源の混在と検出限界を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 eROSITA が全天にわたって赤方偏移 z ≈ 1.3 までに検出可能な銀河団の予想数はどのくらいか？
• RQ2 視野全体にわたる平均的な角分解能が、源の混在および団検出にどのように影響するか？
• RQ3 全天サーベイ中に点源および拡張源の両方に対して、0.5–2 keV 帯および 2–10 keV 帯における eROSITA の感度はどの程度か？
• RQ4 混在限界付近の輝度レベルにおいて、eROSITA はやや拡張した団源と活動銀河核 (AGN) をどの程度正確に分離できるか？
• RQ5 XMM-COSMOS などの既存のサーベイと比較して、予測される団および AGN の源数はどのようになるか？また、サーベイ全体の予想される総源数は？

主な発見

• eROSITA は、拡張源と AGN を分離できる能力に依存して、赤方偏移 z ≈ 1.3 までに 50,000～100,000 個の銀河団を検出すると予想される。
• 全天サーベイ中、0.5–2 keV 帯で 5σ の点源感度は約 10⁻¹⁴ erg cm⁻² s⁻¹、2–10 keV 帯で約 3×10⁻¹³ erg cm⁻² s⁻¹ に達する。
• 黄道極領域では、露出時間 20–40 ks のもとで、0.5–2 keV 帯のフレーム限界が約 2×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹、2–10 keV 帯で約 3×10⁻¹⁴ erg cm⁻² s⁻¹ に改善される。
• 視野全体の平均角分解能は約 28 角秒であり、30′ 離れた位置で 30 角秒の HEW を示す。これにより、団と AGN の信頼性の高い分離が可能になる。
• 20 ks の露出まで光子制限の感度に達し、0.5–2 keV 帯で 20–30 ks の露出で混在限界（10 ビームあたり 1 個の源）に達する。
• シミュレーションでは、XMM-COSMOS の logN-logS 外挿に基づき、赤方偏移 z ≈ 7–8 までに 3–10×10⁶ 個の源（AGN を含む）が検出可能と予測されている。