[論文レビュー] Euclid Assessment Study Report for the ESA Cosmic Visions

A. Cimatti, R. Laureijs+8 more|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用数 57

ひとこと要約

Euclidは、20,000平方度の空域において弱い重力レンズ効果とバリオン音響振動を測定することで、暗黒宇宙をマッピングすることを目的とした宇宙ミッションである。1.2メートルのコーシュ型望遠鏡と可視光および近赤外線機器を備え、光度赤方偏移を用いて20億個を超える銀河を調査し、赤方偏移の精度がdz/(1+z) = 0.001に達する。これにより、高精度な宇宙論的制約が可能となる。

ABSTRACT

Euclid is a proposed high-precision survey mission to map the geometry of the Dark Universe with demonstrated feasibility. Euclid's Visible - Near-InfraRed imaging and spectroscopy of the extragalactic sky will further produce extensive legacy science to the boundaries of the visible universe. The mission is optimised for two primary cosmological probes: Weak gravitational Lensing (WL) and Baryonic Acoustic Oscillations (BAO). Euclid's wide survey will cover 20,000 deg2, measuring shapes and redshifts of galaxies to redshift 2. For weak lensing, Euclid will measure the shape of over 2 billion galaxies with a density of 30-40 resolved galaxies per arcmin2 in one broad visible R+I+Z band (550-920 nm) down to AB mag 24.5 (10sigma). The photometric redshifts for these galaxies are derived from three additional Euclid NIR bands (Y,J,H in the range 0.92-2.0 micron) reaching AB mag 24 (5sigma) in each, complemented by photometry from ground based surveys. The BAO are determined from a NIR spectroscopic survey with a redshift accuracy of dz/(1+z) =0.001. The baseline payload consists of a Korsch telescope with a primary mirror of 1.2 m diameter and is designed to provide a large field of view (0.5 deg2) to three scientific instruments: (1) VIS: a CCD based optical imaging channel, (2) NIP: a NIR imaging photometry channel, and (3) NIS: a NIR spectrometric channel. This report presents an overview of the assessment study phase of the Euclid candidate M-class Cosmic Vision mission; it will provide a description of the Euclid science objectives, the mission implementation and payload, and the envisaged data handling.

研究の動機と目的

• 高精度な調査ミッションが暗黒宇宙の幾何学的性質を対象とすることの実現可能性を評価すること。
• 20,000平方度にわたる可視光および近赤外線波長で銀河間宇宙をマッピングすることで、レガシーデータの実現を図ること。
• 弱い重力レンズ効果とバリオン音響振動という2つの主要な宇宙論的プローブに最適化されたミッションを設計すること。
• Euclidの可視光および近赤外線機器による多バンド画像を用いて、高精度な光度赤方偏移を達成すること。
• ミッションの科学的目標と長期的レガシーバリューを支援するデータ処理フレームワークを提供すること。

提案手法

• 0.5 deg²の視野を持つ1.2メートルのコーシュ型望遠鏡を用い、VIS（可視光画像）、NIP（近赤外線光度測定）、NIS（近赤外線分光測定）の3つの機器を搭載する。
• 赤方偏移z = 2までの銀河の形状と赤方偏移を測定することを目的として、20,000 deg²の銀河間宇宙をカバーする広域調査を実施する。
• 1つの広帯域可視光バンド（R+I+Z、550–920 nm）で、AB等級24.5（10σ）まで、1平方弧分あたり30～40個の解像された銀河の密度で、銀河の形状を測定する。
• Y、J、Hの3つの近赤外バンド（0.92–2.0 µm）を用いて、AB等級24（5σ感度）まで到達する光度赤方偏移を導出する。地上の測光データを補完的に活用する。
• 赤方偏移精度がdz/(1+z) = 0.001に達する近赤外線分光調査を実施し、バリオン音響振動を検出する。
• Euclidの機器データと地上調査データを統合することで、光度赤方偏移のキャリブレーションとソース密度の向上を図る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙空間に設置された調査が、空域の大部分にわたり弱い重力レンズ効果の測定に必要な精度を達成できるか。
• RQ2 可視光および近赤外線バンドの多バンド画像による光度赤方偏移が、宇宙論的プローブに必要な精度に達する程度はどの程度か。
• RQ3 赤方偏移精度がdz/(1+z) = 0.001に達する近赤外線分光測定を用いて、バリオン音響振動をどの程度効果的に測定できるか。
• RQ4 20,000 deg²の調査を、20億個を超える銀河を高密度・高深度で測定することに成功するか。
• RQ5 Euclidの機器と地上調査の相乗効果が、全体的な宇宙論的制約をどの程度向上できるか。

主な発見

• ミッションは、可視光バンドで1平方弧分あたり30～40個の解像銀河の表面密度を実現し、20億個を超える銀河の形状を測定することを設計している。
• AB等級24（5σ感度）まで到達するY、J、Hの3つの近赤外バンドを用いて、高精度な光度赤方偏移が得られる。
• 近赤外線分光調査は、赤方偏移精度がdz/(1+z) = 0.001に達し、バリオン音響振動の正確な検出を可能にする。
• 1.2メートルの主鏡を備えたコーシュ型望遠鏡は、0.5 deg²の広視野を提供し、20,000平方度の効率的カバーを可能にする。
• ミッションは、赤方偏移z = 2まで到達するレガシーデータセットを生成し、宇宙論的分析に向けた広範な光度および分光的情報を提供する。
• Euclidデータと地上調査の統合により、光度赤方偏移のキャリブレーションが向上し、全体的な科学的成果が強化される。