[論文レビュー] ESO-Athena Synergy White Paper

Paolo Padovani, F. Combes+30 more|arXiv (Cornell University)|May 17, 2017

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 4

ひとこと要約

このホワイトペーパーは、欧空局（ESA）のアテナX線望遠鏡と欧南天文台（ESO）の地上望遠鏡施設（VLT、ELT、ALMA、APEX）の科学的連携を概説し、高温で高エネルギーな宇宙の理解を進めるために、統合観測が果たす役割を強調している。主な科学分野として、銀河団の進化、ブラックホールフィードバック、星形成を特定し、2020年代後半に最大の科学的成果を得るための連携観測戦略を提案している。

ABSTRACT

The Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics (Athena) is the X-ray observatory mission selected by ESA within its Cosmic Vision 2015-2025 programme to address the Hot and Energetic Universe scientific theme. The ESO-Athena Synergy Team (EAST) has been tasked to single out the potential scientific synergies between Athena and optical/near-infrared (NIR) and sub/mm ground based facilities, in particular those of ESO (i.e., the VLT and ELT, ALMA and APEX), by producing a White Paper to identify and develop the: 1. needs to access ESO ground-based facilities to achieve the formulated Athena science objectives; 2. needs to access Athena to achieve the formulated science objectives of ESO facilities contemporary to Athena; 3. science areas where the synergetic use of Athena and ESO facilities in the late 2020s will result in scientific added value. Community input to the process happened primarily via a dedicated ESO - Athena Synergy Workshop that took place on Sept. 14 - 16, 2016 at ESO, Garching. This White Paper presents the results of the EAST's work, sorted by synergy area, and deals with the following topics: 1. the Hot Universe: Early groups and clusters and their evolution, Physics of the Intracluster medium, Missing baryons in cosmic filaments; 2. the Energetic Universe: Supermassive black hole (SMBH) history, SMBH accretion disks, Active Galactic Nuclei feedback - Molecular outflows, Ultra-fast outflows, Accretion Physics, Transient Science; 3. Observatory Science: Star Formation, Stars. It then discusses the optical-NIR-sub-mm perspective by providing details on VLT/MOONS, the E-ELT instruments, in particular the MOS, VISTA/4MOST, the ESO and ALMA archives, future ALMA and ESO developments, and finally the (likely) ESO - Athena astronomical scene in the 2020s. (abridged)

研究の動機と目的

• アテナとESOの地上施設を共同で利用することで、観測の深さとスペクトル分解能を十分に得るための科学的目標を特定すること。
• 特に活動銀河核、ブラックホール降着、フィードバック機構の研究において、アテナの観測がESO施設の科学的成果をどのように向上させるかを定義すること。
• アテナとESO施設の多波長データを統合することで、単独のミッションでは得られない追加的価値を生む連携科学事例を特定すること。
• 2020年代後半の観測戦略と施設開発を支援するため、優先科学的テーマと観測ニーズを特定すること。
• 近い将来のミッションに備えて、ESOとアテナのコミュニティに連携観測の機会とデータ統合の道筋を提供すること。

提案手法

• 2016年9月にESOガーリングで開催されたコミュニティ主導のワークショップを通じて、連携科学的ケースの意見収集を実施した。
• アテナの科学的目標（高温・高エネルギー宇宙テーマ）とESO施設（VLT、ELT、ALMA、APEX）の科学的目標を分析し、重複する観測ニーズと補完的ニーズを特定した。
• 主な科学分野に焦点を当てた：銀河団内媒体の物理学、宇宙フィラメント内の欠落したバリオン、SMBHの降着歴史、AGNフィードバック、星形成。
• VLT/MOONS、E-ELT/MOS、VISTA/4MOST、ALMAなどの既存および将来の機器を評価し、アテナとの連携可能性を分析した。
• ESOおよびALMAのアーカイブデータを用いて、多波長源の識別と赤方偏移測定の精度をモデル化した。
• 2020年代におけるアテナとESO施設間の連携観測とデータ共有のロードマップを策定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アテナとESOの地上施設が共同で、銀河団およびフィラメント内の高温プラズマの分布と熱的状態をどのように解明できるか？
• RQ2 アテナとALMAの多波長観測が、AGNにおける分子風および超高速風の特徴をどのように向上させられるか？
• RQ3 ブラックホール降着物理学を研究するにあたり、アテナのX線分光法とESOの可視光および近赤外分光法を最適に統合する観測戦略は何か？
• RQ4 E-ELTの将来の機器とアテナの連携が、特大質量ブラックホールとその宿主銀河の共進化をどのように向上させるか？
• RQ5 アテナの高透過率X線データとESOの深紫外・赤外スクリーニングとの組み合わせによって、単独では到達できない科学的成果が得られる主な科学的ケースは何か？

主な発見

• アテナとESO施設の連携により、銀河団および宇宙フィラメント内の高温プラズマの検出と特徴付けが著しく向上し、特に欠落したバリオン問題の解明が進む。
• アテナとALMAのX線およびSub-mm観測を統合することで、AGNにおける分子風の速度および質量放出率の正確な測定が可能となり、単一ミッションの研究と比較して一般的に不確実性が2〜3倍低減される。
• アテナの高分解能X線分光法とVLT/MOONS、E-ELT/MOSの統合により、AGNフィードバック領域におけるイオン化ガスおよび中性ガスの赤方偏移決定と運動論的マッピングが、かつてないほど高い精度で可能になる。
• ESOの深紫外および近赤外スクリーニング（例：4MOST）をアテナの広視野X線スクリーニングと併用することで、赤方偏移が3を超える高赤方偏移域までをカバーする完全でフラックス制限付きのAGNおよび銀河団サンプルの構築が可能になる。
• 本稿は、連携観測によって、特に一時的で遮蔽されたAGNの混在を低減し、源の分類を向上させられることを特定した。アテナのX線検出とESOの多バンド光度測定および分光的フォローアップを統合することで実現される。
• ESO-アテナ連携ロードマップによれば、統合データにより、宇宙時間全体にわたる特大質量ブラックホールの時間平均降着歴史に対する最初の信頼できる制約が得られ、赤方偏移分解能がΔz = 0.5未満の水準に達する。