[論文レビュー] eROSITA Science Book: Mapping the Structure of the Energetic Universe

A. Merloni, P. Predehl+23 more|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2012

Computational Physics and Python Applications参考文献 1被引用数 398

ひとこと要約

eROSITAは、SRGミッションの主要機器として、ソフトX線およびハードX線で全天空を深くスキャンする調査を実施し、赤方偏移z > 1までの約10⁵個の銀河団と約300万個の活動銀河核（AGN）を検出する。この調査により、大規模構造、ダークエネルギー、ブラックホールの進化に関する宇宙論的研究が可能になるとともに、高感度・広域・多タイムスケールのモニタリングにより、まれな高エネルギー現象の解明も可能となる。

ABSTRACT

eROSITA is the primary instrument on the Russian SRG mission. In the first four years of scientific operation after its launch, foreseen for 2014, it will perform a deep survey of the entire X-ray sky. In the soft X-ray band (0.5-2 keV), this will be about 20 times more sensitive than the ROSAT all sky survey, while in the hard band (2-10 keV) it will provide the first ever true imaging survey of the sky at those energies. Such a sensitive all-sky survey will revolutionize our view of the high-energy sky, and calls for major efforts in synergic, multi-wavelength wide area surveys in order to fully exploit the scientific potential of the X-ray data. The design-driving science of eROSITA is the detection of very large samples (~10^5 objects) of galaxy clusters out to redshifts z>1, in order to study the large scale structure in the Universe, test and characterize cosmological models including Dark Energy. eROSITA is also expected to yield a sample of around 3 millions Active Galactic Nuclei, including both obscured and un-obscured objects, providing a unique view of the evolution of supermassive black holes within the emerging cosmic structure. The survey will also provide new insights into a wide range of astrophysical phenomena, including accreting binaries, active stars and diffuse emission within the Galaxy, as well as solar system bodies that emit X-rays via the charge exchange process. Finally, such a deep imaging survey at high spectral resolution, with its scanning strategy sensitive to a range of variability timescales from tens of seconds to years, will undoubtedly open up a vast discovery space for the study of rare, unpredicted, or unpredictable high-energy astrophysical phenomena. In this living document we present a comprehensive description of the main scientific goals of the mission, with strong emphasis on the early survey phases.

研究の動機と目的

• 深紫外X線スキャンを用いて、赤方偏移z > 1までの銀河団を検出し、宇宙の大規模構造をマッピングすること。
• 銀河団の数とクラスタリングの測定を通じて、構造の成長を評価することで、特にダークエネルギーを含む宇宙論モデルを検証すること。
• 遮蔽されたタイプと遮蔽されていないタイプを含む、大規模で偏りのない活動銀河核（AGN）のサンプルを検出することで、超大質量ブラックホールとその宿主銀河の共進化を研究すること。
• 全電磁スペクトルにわたるフォローアップを可能にするために、包括的かつ感度の高いX線源カタログを提供することで、多波長連携を促進すること。
• 変動時間スケールが数秒から数年までの広い動的範囲を持つことにより、珍しいまたは予測不能な高エネルギー現象の発見を可能にすること。

提案手法

• 0.5–2 keV（ソフト）および2–10 keV（ハード）のエネルギー帯域を持つeROSITAの広視野X線望遠鏡を用いて、全天空にわたる深紫外スキャンを実施すること。
• 高角分解能とスペクトル感度を備えた、全天空にわたる高感度源検出を可能にする走査戦略を採用すること。
• 銀河団からの熱プラズマとAGNからの非熱的放射を区別できる高スペクトル分解能を活用すること。
• 先進的な源検出および光度測定・位置補正技術を用いて、1アングストローム未満の源局在精度と正確な放射度測定を達成すること。
• 光学、電波、赤外の多波長調査と統合することで、赤方偏移の決定、源分類、物理的特徴の特定を可能にすること。
• 数秒から数年までの多様な時間スケールで変動を分析し、一時的または変動性の高いX線源を同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移z > 1における銀河団の分布と進化は、特にダークエネルギーを含む宇宙論モデルをどのように制約するか？
• RQ2 宇宙時間にわたる活動銀河核の全数（遮蔽されたタイプと遮蔽されていないタイプを含む）は何か？ そして、それはブラックホール降着歴史にどのように寄与するか？
• RQ3 銀河団およびAGNのX線的性質は、宇宙の大規模構造の形成と進化をどのようにトレースするか？
• RQ4 銀河系の拡散的X線放射および太陽系内での電荷交換プロセスが、全体のX線天の川にどの程度寄与しているか？
• RQ5 数秒から数年までの多様な変動時間スケールを持つ、深紫外・広域・多タイムスケールのX線モニタリングにより、どのような珍しいまたは予測不能な高エネルギー現象が発見可能か？

主な発見

• eROSITAは、ROSAT全天空調査と比較して、ソフトX線帯域（0.5–2 keV）で約20倍高い感度を達成し、高赤方偏移の遠方銀河団の検出を可能にする。
• このミッションにより、ハードX線エネルギー領域（2–10 keV）における初の真の画像化全天空調査が実現され、ハードX線源の完全な全数が得られる。
• 調査では、赤方偏移z > 1の約10⁵個の銀河団が検出されると予想され、構造の成長と宇宙論的パラメータの高精度な制約が可能になる。
• eROSITAは、遮蔽されたAGNの大部分を含む、約300万個の活動銀河核を同定し、宇宙時間にわたるブラックホール降着の包括的視認が可能になる。
• 数秒から数年までの多様な時間スケールにおける変動への感度が、珍しい一時的または予測不能なX線源の発見を可能にする。
• 深紫外画像、高スペクトル分解能、広域カバーを組み合わせることで、既知の源クラスを超えた高エネルギー天文学の新しい発見の余地が開かれる。