[論文レビュー] LAMOST Medium-Resolution Spectroscopic Survey (LAMOST-MRS): Scientific goals and survey plan

Chao Liu, Jian-Ning Fu+39 more|arXiv (Cornell University)|May 14, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 5被引用数 44

ひとこと要約

本論文は、LAMOST-MRSの科学目標、調査戦略、および期待される性能を概説します。5年間の中分解能スペクトル調査で、R~7500で約2百万スペクトルと、さまざまな銀河・恒星研究のための約200kのタイムドメインスペクトルを取得することを目指す。

ABSTRACT

Since September 2018, LAMOST starts a new 5-year medium-resolution spectroscopic survey (MRS) using bright/gray nights. We present the scientific goals of LAMOST-MRS and propose a near optimistic strategy of the survey. A complete footprint is also provided. Not only the regular medium-resolution survey, but also a time-domain spectroscopic survey is being conducted since 2018 and will be end in 2023. According to the detailed survey plan, we expect that LAMOST-MRS can observe about 2 million stellar spectra with ~7500 and limiting magnitude of around G=15 mag. Moreover, it will also provide about 200 thousand stars with averagely 60-epoch observations and limiting magnitude of G~14 mag. These high quality spectra will give around 20 elemental abundances, rotational velocities, emission line profiles as well as precise radial velocity with uncertainty less than 1 km/s. With these data, we expect that LAMOST can effectively leverage sciences on stellar physics, e.g. exotic binary stars, detailed observation of many types of variable stars etc., planet host stars, emission nebulae, open clusters, young pre-main-sequence stars etc.

研究の動機と目的

• LAMOST-MRS 調査の科学目標を、恒星物理学、連星、星形成、銀河考古学、発光星雲、系外惑星宿主星、および開放星団にわたるLAMOST-MRS調査の科学目標を提示する。
• R~7500で約2百万スペクトルと約200kの高サイクル観測を達成するための、ほぼ楽観的な調査戦略とフットプリントを提案する。
• Gaia、Kepler/K2、TESS との相乗効果と、タイムドメイン天文学および化学的タグ付けへの影響について論じる。
• 露出戦略、S/Nの期待値、タイムドメイン（TD）と非タイムドメイン（NT）コンポーネントへの分割を含む調査計画を説明する。

提案手法

• LAMOST-MRS の機器構成を、R~7500、青色アームは 4950–5350 Å、赤色アームは 6300–6800 Å の特定の波長域で説明する。
• 露出戦略を提供する：単一 1200 s の露出、NT フィールドは 3x1200 s の共追加露出で、青で G~14.5、赤で G~15 の S/N~10 を達成。
• タイムドメイン観測を導入する：1 夜内および複数の夜にわたりフィールドごとに複数の 1200 s 露出を実施し、RV精度と豊富度測定を達成。
• 径方向速度の較正アプローチを説明する：遅型星に対して約0.2 km/s の絶対RV較正を目指し、差分RVを用いて ~0.2 km/s まで達成。
• TD/NT の比を最適化し、5年計画と標的分布を比較する調査シミュレーションを概説する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河系内の FGK 星の大規模・中分解能スペクトroscopic調査からどのような科学的洞察が得られるか？
• RQ2 LAMOST-MRS は正確な径方向速度と元素 abundancesをどのように達成して化学的タグ付けと銀河考古学を可能にするか？
• RQ3 複数の科学目標を達成するための時間領域観測と非時間領域観測の最適なバランスはどの程度か？
• RQ4 Gaia、Kepler/K2、TESS との相乗効果が、系外惑星宿主星の特徴付けとタイムドメイン天体物理学をどのように高めるか？
• RQ5 大規模フィールド・高分注（high-multiplex） MRS データを用いて、どのような開放星団および発光星雲科学が追究できるか？

主な発見

• LAMOST-MRS は R~7500 で約2百万個の恒星スペクトルと G~15 mag、さらに約200千星を約60エポック観測することを目指す。
• 青色カメラは 4950–5350 Å、赤色カメラは 6300–6800 Å をカバーし、約20種類の元素の豊富度と Hα を含む他の発光線を測定できる。
• 径方向速度の精度は遅い型の星で約1 km/s、時系列研究のための差分 RV は約0.2 km/s に達すると予想される。
• この調査は連星進化、脈動星、星形成、発光星雲、系外惑星宿主星、銀河考古学、開放星団の研究を可能にする。
• 2 段階の調査設計（NTとTD）と複数のサブプロジェクト（MRS-K, MRS-T, MRS-S, MRS-B, MRS-N, MRS-G, MRS-O）を計画しており、多様な科学ケースをカバーする。
• シミュレーション結果は、NT+TDフィールドで TDフィールド数を変化させつつ約2220訪問が5年で得られ、TD/NT バランスを最適化することを示唆している。