[論文レビュー] Euclid Definition Study Report

R. Laureijs, J. Amiaux+217 more|CERN Document Server (European Organization for Nuclear Research)|Oct 14, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 15被引用数 902

ひとこと要約

本論文は、弱い重力レンズ効果とバリオン音響振動を用いて、暗黒エネルギー、暗黒物質、重力の研究を目的とする、Euclid宇宙望遠鏡の包括的なミッション設計を提示する『Euclid定義調査レポート』を紹介する。1.2 mのコーシュ型望遠鏡を搭載したVISおよびNISPの2つの機器を用い、銀河系外の空域15,000 deg²を調査することで、高精度な赤方偏移測定（dz/(1+z) < 0.05）と分光的赤方偏移測定（dz/(1+z) = 0.001）を実現し、宇宙構造のマッピングと宇宙の加速膨張の探査を可能にする。

ABSTRACT

Euclid is a space-based survey mission from the European Space Agency designed to understand the origin of the Universe's accelerating expansion. It will use cosmological probes to investigate the nature of dark energy, dark matter and gravity by tracking their observational signatures on the geometry of the universe and on the cosmic history of structure formation. The mission is optimised for two independent primary cosmological probes: Weak gravitational Lensing (WL) and Baryonic Acoustic Oscillations (BAO). The Euclid payload consists of a 1.2 m Korsch telescope designed to provide a large field of view. It carries two instruments with a common field-of-view of ~0.54 deg2: the visual imager (VIS) and the near infrared instrument (NISP) which contains a slitless spectrometer and a three bands photometer. The Euclid wide survey will cover 15,000 deg2 of the extragalactic sky and is complemented by two 20 deg2 deep fields. For WL, Euclid measures the shapes of 30-40 resolved galaxies per arcmin2 in one broad visible R+I+Z band (550-920 nm). The photometric redshifts for these galaxies reach a precision of dz/(1+z) &lt; 0.05. They are derived from three additional Euclid NIR bands (Y, J, H in the range 0.92-2.0 micron), complemented by ground based photometry in visible bands derived from public data or through engaged collaborations. The BAO are determined from a spectroscopic survey with a redshift accuracy dz/(1+z) =0.001. The slitless spectrometer, with spectral resolution ~250, predominantly detects Ha emission line galaxies. Euclid is a Medium Class mission of the ESA Cosmic Vision 2015-2025 programme, with a foreseen launch date in 2019. This report (also known as the Euclid Red Book) describes the outcome of the Phase A study.

研究の動機と目的

• 宇宙の加速膨張を測定し、暗黒エネルギー、暗黒物質、重力の性質を解明できる宇宙望遠鏡ミッションを開発すること。
• 弱い重力レンズ（WL）とバリオン音響振動（BAO）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。
• 可視光および近赤外帯を用いて、1平方弧分あたり30～40個の銀河に対して、高精度な光度赤方偏移（dz/(1+z) < 0.05）を達成すること。
• スリットレス分光器を用いてHα線発光銀河を標的とし、赤方偏移精度がdz/(1+z) = 0.001に達する分光調査を実施すること。
• 銀河系外の空域15,000 deg²をカバーする広域調査と、2つの20 deg²の深宇宙フィールドを組み合わせ、包括的な宇宙論的分析を可能にすること。

提案手法

• 広域調査を可能にするために、0.54 deg²の広い視野を持つ1.2 mのコーシュ型望遠鏡を用いる。
• 2つの機器を搭載する：可視光帯のイメージャー（VIS）と、スリットレス分光器および3バンド光度計（Y, J, H、0.92–2.0 µm）を備えた近赤外線機器（NISP）。
• 1平方弧分あたり30～40個の解像された銀河を測定し、弱い重力レンズ解析を可能にする。
• Euclidの近赤外線バンドと、公的データまたは協力機関による地上の可視光光度測定を併用して、光度赤方偏移を導出する。
• NISPのスリットレス分光器を用い、スペクトル分解能約250でHα線発光銀河を検出する分光調査を実施する。
• WLとBAOの測定を統合し、宇宙の幾何学的構造と宇宙構造の成長を制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弱いレンズ効果とバリオン音響振動を用いて、宇宙の加速膨張を測定するための最適なミッション設計は何か？
• RQ2 宇宙論的弱いレンズ効果研究において、十分な精度（dz/(1+z) < 0.05）で光度赤方偏移を達成するにはどうすればよいか？
• RQ3 バリオン音響振動を信頼性高く検出するには、分光的赤方偏移精度（dz/(1+z) = 0.001）がどの程度必要か？
• RQ4 15,000 deg²の広域調査と2つの深宇宙フィールドを組み合わせることで、宇宙論的制約をどのように最大化できるか？
• RQ5 弱いレンズ効果とBAO測定における系誤差を最小限に抑えるために、どのような機器的および観測戦略が必要か？

主な発見

• Euclidミッションは、1.2 mのコーシュ型望遠鏡と0.54 deg²の視野を備えたことで、銀河系外の空域15,000 deg²を調査する設計となっている。
• 可視光イメージャー（VIS）は、R+I+Zバンド（550–920 nm）で1平方弧分あたり30～40個の解像銀河を撮影し、高精度な弱いレンズ効果測定を可能にする。
• 3つのEuclid近赤外線バンド（Y, J, H）と地上の可視光光度測定を併用することで、銀河の光度赤方偏移の精度がdz/(1+z) < 0.05に達する。
• NISPのスリットレス分光器は、赤方偏移精度がdz/(1+z) = 0.001に達する分光的赤方偏移を提供し、主にHα線発光銀河を検出する。
• 宇宙構造形成および暗黒エネルギーの時間的変化に関する制約を強化するため、2つの20 deg²の深宇宙フィールドを含む。
• EuclidはESAの宇宙ビジョン2015–2025プログラムにおける中型ミッションであり、2019年の打ち上げが予定されており、本レポートは基盤設計文書（「レッドブック」）として機能する。