[論文レビュー] MOONRISE: The Main MOONS GTO Extragalactic Survey

R. Maiolino, M. Cirasuolo+35 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 38

ひとこと要約

MOONRISE は、VLT の MOONS 分光計を用いた、銀河系外の保証時間による調査であり、赤方偏移 z ≈ 0.9–2.6 の約 500,000 個の銀河を対象とした深さと広がりを持つ分光調査である。特に宇宙の正午（z ~ 1–2.5）に焦点を当て、複数エポックの観測と光学的から近赤外までの高精度分光診断法を用いて、銀河の金属量、星形成、環境依存性について、前例のない測定を可能にする。

ABSTRACT

The MOONS instrument possesses an exceptional combination of large multiplexing, high sensitivity, broad simultaneous spectral coverage (from optical to near-infrared bands), large patrol area and high fibre density. These properties provide the unprecedented potential of enabling, for the very first time, SDSS-like surveys around Cosmic Noon (z~1-2.5), when the star formation rate in the Universe peaked. The high-quality spectra delivered by MOONS will sample the same nebular and stellar diagnostics observed in extensive surveys of local galaxies, providing an accurate and consistent description of the evolution of various physical properties of galaxies, and hence a solid test of different scenarios of galaxy formation and transformation. Most importantly, by spectroscopically identifying hundreds of thousands of galaxies at high redshift, the MOONS surveys will be capable of determining the environments in which primeval galaxies lived and will reveal how such environments affected galaxy evolution. In this article, we specifically focus on the main Guaranteed Time Observation (GTO) MOONS extragalactic survey, MOONRISE, by providing an overview of its scientific goals and observing strategy.

研究の動機と目的

• 宇宙の時間にわたる銀河の金属量スケーリング関係の赤方偏移による進化を測定すること、特に質量-金属量関係および基本的金属量関係を含む。
• 銀河の性質（特に星形成と停止）が、赤方偏移 z ≈ 1–2.5 における大規模環境にどのように依存するかを特定すること。
• 質量および等級制限付きサンプルに対して、COSMOS で 80%、VIDEO フィールドで 70% の高い完全性を達成することで、銀河進化モデルの統計的検証を可能にすること。
• ライマンブレイクおよびライラα発光体候補の標的観測を用いて、高赤方偏移銀河（z ≈ 6–8）および AGN を特定し、分光的に確認すること。
• 広い赤方偏移範囲にわたって、高品質で一貫性のある分光診断法を提供するレガシーデータセットを整備し、SDSS や GAMA などの局所調査と直接比較可能にする。

提案手法

• VLT に搭載された MOONS 多対象分光計を活用し、光学的から近赤外（0.8–2.4 µm）にわたる同時カバレッジを提供する。高多重度（最大 1000 ファイバー）と高ファイバー密度を実現する。
• 二重観測戦略を採用：Xswitch モード（スカイ補正のためのノッティング）と Stare モード（専用スカイファイバー）を併用し、完全性とバックグラウンド補正の最適化を図る。
• 二重選択関数を適用：銀河は赤方偏移の3つのチャンク（0.9 < z < 1.1、1.2 < z < 1.7、2.0 < z < 2.6）において、星質量（log M* > 9.5）または視等級（HAB < 23–24）に基づいて選別され、サンプルの多様性を最大化する。
• 1 点の観測で、パassing銀河に最大 25% のファイバーを割り当て、8 時間の繰り返し積算を実施し、高い完全性を達成する。残りのファイバーは、短時間露光（1–2 時間）で星形成銀河を標的とする。
• モックシミュレーションと光度測定サンプルを用いてファイバー割り当てと調査設計を最適化し、COSMOS で 80%、VIDEO フィールドで 70% の完全性を確保する。
• 赤方偏移 z > 5 の候補および AGN に対して、専用の 8 時間積算を実施し、広帯域および狭帯域の光度測定を用いて選別する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量-金属量関係は、z ≈ 1 から z ≈ 2.5 にかけてどのように進化するのか。それは一定のままであるか、顕著に変化するのか？
• RQ2 宇宙の正午における星形成の停止と銀河の変容に、環境（銀河団、フィラメント、バレー）が果たす役割は何か？
• RQ3 赤方偏移 z ≈ 1–2.5 における銀河の物理的性質（金属量、星形成率、星質量）は、大規模環境とどのように相関するのか？
• RQ4 MOONS は、COSMOS や VIDEO のような深さのフィールドで、質量制限付きサンプルに対して 80% 以上の完全性を達成できるか。観測モード（Xswitch 対 Stare）がこれに与える影響は？
• RQ5 赤方偏移 z ≈ 6–8 の高赤方偏移ライマンブレイクおよびライラα発光体候補に対して、分光的確認率と赤方偏移の正確性はどの程度か？

主な発見

• MOONS は、z = 3.8 で [OII]、z = 2.6 で [OIII]、z = 1.74 で Ha を検出可能であり、宇宙の正午の全赤方偏移範囲にわたる分光的赤方偏移と診断法を可能にする。
• 調査では、0.9 < z < 1.1 のチャンクで最大 54,500 個の銀河、1.2 < z < 1.7 で 12,900 個、2.0 < z < 2.6 で 88,700 個の高品質スペクトルを取得する予定であり、Xswitch モードで全 4 平方度にわたって合計で約 200,000 個の銀河が得られる。
• COSMOS フィールドでは、1 点あたり約 480 個のパassing銀河と約 4,350 個の星形成銀河を対象とし、80% の完全性を達成する。これにはオーバーヘッドを含めた観測時間として約 38 時間が必要となる。
• Stare モードでは、観測銀河数がほぼ 2 倍に増加し、7 平方度で合計約 460,000 個の銀河に達する可能性がある。これはバックグラウンド補正が妥当であると仮定した場合である。
• 高赤方偏移候補（z > 5）には 8 時間積算を実施し、1 点あたり数 10 個のファイバーをこれに割り当て、初期の銀河の確認を可能にする。
• 繰り返し観測と再構成されたファイバー配置により、調査設計は高い完全性を達成する。一部の標的に対しては最大 40 時間の露出時間を確保し、環境的要因やスケーリング関係の研究に十分な統計的パワーを確保する。