[論文レビュー] LSST: from Science Drivers to Reference Design and Anticipated Data Products

Željko Ivezić, Kahn, Steven M.+311 more|eScholarship (California Digital Library)|May 15, 2008

Scientific Computing and Data Management被引用数 32

ひとこと要約

本論文は、LSSTプロジェクトが科学的目標から最終設計および予想されるデータ製品へと進化した過程を詳述している。広視野・高速サイクルの調査望遠鏡として、10年間で約60 PBのデータを収集し、未曾有の動的天の川監視を可能にするとともに、400億個の天体を含む公開でオープンアクセス可能なデータベースを構築し、検出後60秒以内にリアルタイムで変動天体アラートを提供する。

ABSTRACT

(Abridged) We describe here the most ambitious survey currently planned in the optical, the Large Synoptic Survey Telescope (LSST). A vast array of science will be enabled by a single wide-deep-fast sky survey, and LSST will have unique survey capability in the faint time domain. The LSST design is driven by four main science themes: probing dark energy and dark matter, taking an inventory of the Solar System, exploring the transient optical sky, and mapping the Milky Way. LSST will be a wide-field ground-based system sited at Cerro Pachón in northern Chile. The telescope will have an 8.4 m (6.5 m effective) primary mirror, a 9.6 deg$^2$ field of view, and a 3.2 Gigapixel camera. The standard observing sequence will consist of pairs of 15-second exposures in a given field, with two such visits in each pointing in a given night. With these repeats, the LSST system is capable of imaging about 10,000 square degrees of sky in a single filter in three nights. The typical 5$σ$ point-source depth in a single visit in $r$ will be $\sim 24.5$ (AB). The project is in the construction phase and will begin regular survey operations by 2022. The survey area will be contained within 30,000 deg$^2$ with $δ

研究の動機と目的

• 時間領域および動的天の川天文学の広範な科学的動機を、技術的に実現可能で費用対効果に優れた望遠鏡システムに具現化すること。
• 広視野撮影、高サイクル、高精度 photometry といった厳密な性能要件に基づき、LSSTの基準設計を定義すること。
• 400億個のオブジェクトのカタログおよび変動・一時的天体のリアルタイムアラートを含む予想されるデータ製品を概説すること。
• 国際的共同作業とデータ共有の仕組みを整備し、グローバルな科学的アクセスを確保するオープンデータポリシーを確立すること。
• 天文学的データと発見への民主的アクセスを支援する、一般向けの啓発および教育プログラムの開発を支援すること。

提案手法

• 8.4メートルの一次・三次鏡を備えた望遠鏡システムは、3.5度の視野角を有し、天の川の高速カバーを可能にする。
• 189個のCCDセンサーを備えた3.2ギガピクセルカメラにより、6つの光学フィルター（u, g, r, i, z, y）を横断的に高精度で広帯域撮影が可能となる。
• 毎晩約15 TBの原始データを処理するデータパイプラインは、リアルタイムでの画像差分法および源検出アルゴリズムを用い、移動・変動・一時的天体を同定する。
• 集中型のデータ管理システムは、世界中の科学者コミュニティがアクセス可能なリレーショナルデータベースに、32兆個の観測結果を保存・提供する。
• 再現性と広範なアクセスを確保するため、システムはオープンソースソフトウェアに基盤を置き、データ製品および処理パイプラインを公開している。
• NSF、DOE、民間財団、および機関寄付を活用した国際的連携と資金調達により、持続可能な建設および運用を確保している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間領域天文学および一時的天体検出の要求を満たす大口径・広視野望遠鏡システムをどのように設計できるか？
• RQ2 1日15 TBのデータを処理し、60秒以内にアラートを提供するためのデータ管理および処理アーキテクチャはどのようなものであるか？
• RQ3 400億個の天体を対象とする60 PBの調査が、宇宙論、太陽系科学、銀河構造分野においてどのような科学的能力を実現するか？
• RQ4 公平な科学的アクセスと一般参加を確保するため、グローバルでオープンアクセスのデータモデルをどのように実装できるか？
• RQ5 3.2ギガピクセルカメラおよび高精度光学素子を大規模に製造・運用するためのエンジニアリングおよび技術的イノベーションは何か？

主な発見

• LSSTは10年間の調査期間中に約60ペタバイトのデータを収集し、400億個の天体を含むカタログを構築する。これは、現在の生きている人の数を上回る。
• 天の川の半分の領域に対して、1位置あたり約1,000回の観測が達成され、動的天の川の高サイクル・マルチエポック映像が作成される。
• 変動・一時的天体のアラートは、検出後60秒以内に世界中へ発行され、専門家およびアマチュア天文学家の迅速なフォローアップを可能にする。
• LSSTは約200億個の銀河と200億個の星を検出でき、宇宙論的および天体物理学的研究に十分な精度のphotometryを提供する。
• 2008年の鏡の鋳造、2013年のNSF最終設計レビュー、2014年の連邦建設承認、2015年の鏡研磨を含む、主要なマイルストーンを達成しており、初光は2019年末に予定されている。
• 2017年時点で、23カ国から34の機関が運用への貢献に合意し、国際的参加と科学共同研究のためのデータアクセスを確保している。