[論文レビュー] J-PAS: The Javalambre-Physics of the Accelerated Universe Astrophysical Survey

N. Benı́tez, Renato A. Dupke+150 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2014

Space Technology and Applications参考文献 8被引用数 148

ひとこと要約

J-PASは、100Å間隔で配置された54のフィルタを用いて、広域で狭帯域の光度測定を実施する計画であり、北半球の8,500 deg²にわたる領域で9,000万個の銀河およびクェーサーに対して、0.003(1+z)の高精度な光度赤方偏移を達成する。4,000倍の多重度効率を持つ低分解能分光計を模倣することで、段階IVのBAO、弱引力レンズ、および一時的天体の調査を、前例のない速度と費用対効果で可能にし、宇宙論的基礎データセットを構築する。

ABSTRACT

The Javalambre-Physics of the Accelerated Universe Astrophysical Survey (J-PAS) is a narrow band, very wide field Cosmological Survey to be carried out from the Javalambre Observatory in Spain with a purpose-built, dedicated 2.5m telescope and a 4.7 sq.deg. camera with 1.2Gpix. Starting in late 2015, J-PAS will observe 8500sq.deg. of Northern Sky and measure $0.003(1+z)$ photo-z for $9 imes10^7$ LRG and ELG galaxies plus several million QSOs, sampling an effective volume of $\sim 14$ Gpc$^3$ up to $z=1.3$ and becoming the first radial BAO experiment to reach Stage IV. J-PAS will detect $7 imes 10^5$ galaxy clusters and groups, setting constrains on Dark Energy which rival those obtained from its BAO measurements. Thanks to the superb characteristics of the site (seeing ~0.7 arcsec), J-PAS is expected to obtain a deep, sub-arcsec image of the Northern sky, which combined with its unique photo-z precision will produce one of the most powerful cosmological lensing surveys before the arrival of Euclid. J-PAS unprecedented spectral time domain information will enable a self-contained SN survey that, without the need for external spectroscopic follow-up, will detect, classify and measure $σ_z\sim 0.5\%$ redshifts for $\sim 4000$ SNeIa and $\sim 900$ core-collapse SNe. The key to the J-PAS potential is its innovative approach: a contiguous system of 54 filters with $145Å$ width, placed $100Å$ apart over a multi-degree FoV is a powerful "redshift machine", with the survey speed of a 4000 multiplexing low resolution spectrograph, but many times cheaper and much faster to build. The J-PAS camera is equivalent to a 4.7 sq.deg. "IFU" and it will produce a time-resolved, 3D image of the Northern Sky with a very wide range of Astrophysical applications in Galaxy Evolution, the nearby Universe and the study of resolved stellar populations.

研究の動機と目的

• 北半球の8,500 deg²にわたる領域で、9×10⁷個のLRGおよびELG銀河および数百万個のQSOに対して、0.003(1+z)の精度で光度赤方偏移を測定すること。
• 狭帯域画像による光度赤方偏移を用いて、段階IVのバリオン音響振動（BAO）実験を実施すること。
• 7×10¹個の銀河団および銀河グループを検出し、ダークエネルギーを制約すること。
• 自己完結型の超新星調査を可能にし、約4,000個のSNeIaおよび約900個のコアコリプス超新星を検出し、分類し、赤方偏移精度σz ~ 0.5%を達成すること。
• 銀河の進化、分解能の高い星族、および一時的天体の研究を目的として、北半球の深さのある、1秒以下（sub-arcsecond）の3次元画像調査を実施すること。

提案手法

• 2.5m望遠鏡をハバラムブレ天文台に設置し、1.2 Gpixのカメラ（JPCam）と、54の狭帯域フィルタからなる独自のフィルターシステムを装備する。各フィルタは145Åの幅で100Å間隔で配置される。
• 高密度なフィルタのサンプリングにより、4,000倍の多重度効率を持つ低分解能分光計を模倣し、分光観測を伴わずに高精度な光度赤方偏移を実現する。
• 広視野（複数度の視野）を有する調査を実施し、8,500 deg²をカバー。約0.7"の見かけの分解能を達成する。
• カメラの広視野と高い光度測定精度を活用し、時間的に分解された3次元画像調査を実施し、広視野IFUとして機能させる。
• 高密度なフィルタセットで訓練された光度赤方偏移アルゴリズムを適用し、銀河およびクェーサーの赤方偏移精度を1%未満に達成する。
• 高頻度での画像撮影を活用し、外部の分光観測を伴わず、一時的天体（SNeIaおよびコアコリプス超新星など）を検出し、分類する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 54のフィルタを有する狭帯域光度測定調査が、広大な天の川領域で0.003(1+z)の精度で光度赤方偏移を達成できるか？
• RQ2 このようなフィルターシステムが、分光的赤方偏移を必要とせずに段階IVのBAO実験を可能にするか？
• RQ3 この装置からの光度赤方偏移が、ダークエネルギーの制約に向け、弱引力レンズ効果および銀河団質量測定にどの程度有効に使えるか？
• RQ4 この調査が、分光観測を一切用いずに、数千個の超新星を独立して検出し、分類し、赤方偏移を測定できるか？
• RQ5 この画像法が、銀河の進化および分解能の高い星族の研究に、3次元的かつ時間的に分解された調査としてどの程度効果的か？

主な発見

• J-PASは、北半球の8,500 deg²にわたる領域で、9×10¹個の銀河およびクェーサーに対して、0.003(1+z)の精度で光度赤方偏移を測定する。
• 調査は、ダークエネルギーの制約がBAO測定と同等の精度に達する7×10¹個の銀河団および銀河グループを検出し、特徴を明らかにする。
• J-PASは、約4,000個のSNeIaおよび900個のコアコリプス超新星を検出し、赤方偏移精度σz ~ 0.5%で測定する。
• 調査は、北半球の深さのある、1秒以下（sub-arcsecond）の画像を生成し、ユリクスの前に最も強力な宇宙論的レンズ効果調査の1つを実現する。
• 54フィルターシステムは、4,000倍の多重度を持つ低分解能分光計と同等の光度赤方偏移性能を提供するが、費用と建設期間の一部にとどまる。
• この調査は、宇宙論、銀河の進化、および一時的天体の研究のための基盤的で多目的なデータセットを提供し、複数の天文学的分野にわたる持続的価値を持つ。