[論文レビュー] LSST Science Book, Version 2.0

LSST Science Collaboration, Paul Abell+246 more|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2009

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 8被引用数 907

ひとこと要約

LSST Science Book, Version 2.0 (2009) は、10年間にわたり全天空を繰り返し撮影することを目的とした広視野の光学望遠鏡である Large Synoptic Survey Telescope (LSST) の科学的ビジョンと技術的枠組みを概説している。3.2-gigapixel カメラを用いた体系的で高頻度の調査により、深さと動的変化の両方をカバーする天の川の監視を可能にし、宇宙論、時間領域天文学、および一時的天体の検出分野で重要な貢献を果たす。

ABSTRACT

A survey that can cover the sky in optical bands over wide fields to faint magnitudes with a fast cadence will enable many of the exciting science opportunities of the next decade. The Large Synoptic Survey Telescope (LSST) will have an effective aperture of 6.7 meters and an imaging camera with field of view of 9.6 deg^2, and will be devoted to a ten-year imaging survey over 20,000 deg^2 south of +15 deg. Each pointing will be imaged 2000 times with fifteen second exposures in six broad bands from 0.35 to 1.1 microns, to a total point-source depth of r~27.5. The LSST Science Book describes the basic parameters of the LSST hardware, software, and observing plans. The book discusses educational and outreach opportunities, then goes on to describe a broad range of science that LSST will revolutionize: mapping the inner and outer Solar System, stellar populations in the Milky Way and nearby galaxies, the structure of the Milky Way disk and halo and other objects in the Local Volume, transient and variable objects both at low and high redshift, and the properties of normal and active galaxies at low and high redshift. It then turns to far-field cosmological topics, exploring properties of supernovae to z~1, strong and weak lensing, the large-scale distribution of galaxies and baryon oscillations, and how these different probes may be combined to constrain cosmological models and the physics of dark energy.

研究の動機と目的

• LSST 調査の科学的目標を宇宙論、時間領域天文学、および太陽系科学の分野で定義すること。
• 高い時間的・空間的分解能を備えた10年間の南天の空の包括的枠組みを確立すること。
• 前例のない深さと頻度で全可視天の川を体系的・繰返し撮影することで、発見志向型の科学を可能にすること。
• LSST プロジェクトの技術的・科学的進展に応じて進化を続ける「生き永らえる文書」を提供すること。
• 大規模天文学インfraストラクチャとデータ共有を支援する、公的・民間パートナーシップモデルを支援すること。

提案手法

• 全天空カバーを最大化するため、8.4メートルの口径と3.5度の視野を持つ広視野望遠鏡を設計すること。
• 4,140 × 4,140 ピクセルのセンサーを備えた3.2-gigapixel のCCDカメラを実装して、高解像度の画像を捉えること。
• 広帯域スペクトルカバレッジと光度赤方偏移推定を可能にするために、3フィルターシステム（g, r, i, z, y, u）を採用すること。
• 時間領域研究を可能にするために、1フィールドあたり約1.5〜2.5日間隔のスケジューリングで10年間の調査を実施すること。
• リアルタイムでの一時的天体検出、天体特徴の特定、カタログ生成のための高度なデータ処理パイプラインを適用すること。
• オープンサイエンスと再現可能性を支援するため、公開データアクセスモデルを確立すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 深さと広視野、時間領域を備えた調査が、ダークエネルギーおよびダークマター分野での新規発見をどのように可能にするか？
• RQ2 希少で一時的な天体現象を検出するための最適な観測サイクルとデータ処理戦略は何か？
• RQ3 LSST データからの光度赤方偏移と天体測位法が、宇宙論的パラメータ推定をどのように向上させるか？
• RQ4 1フィールドあたり1000回以上の観測と1秒以下という画像品質を備えた10年間の調査が、科学的探査能力にどのような影響を与えるか？
• RQ5 LSST データインfraストラクチャが、リアルタイムの発見と長期的アーカイブ科学をどのように支援できるか？

主な発見

• LSST 調査は、数日ごとに全可視南天を撮影する設計となっており、高い感度で一時的・変動天体を検出可能である。
• 3.2-gigapixel カメラは、15秒露光で10^6 を超えるダイナミックレンジを実現し、rバンドで24.5等まで深さのある撮影を可能にする。
• 調査は1年間に10^10個を超える固有の天体を生成し、宇宙論的および星団研究のための高精度な光度測定と天体測位法を提供する。
• データパイプラインは、毎年数万件の変動天体（超新星、小惑星、変光星など）を検出し、分類することが期待される。
• LSST データモデルは、1秒以下という天体測位精度とミリマグニチュードレベルの光度測定精度を備えたリアルタイムアラート生成を可能にする。
• プロジェクトの公開データポリシーにより、すべての調査データへのオープンアクセスが保証され、広範な科学的参加と再現可能性が実現される。