[論文レビュー] Science Impacts of the SPHEREx All-Sky Optical to Near-Infrared Spectral Survey: Report of a Community Workshop Examining Extragalactic, Galactic, Stellar and Planetary Science

Olivier Doré, M. W. Werner+66 more|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2016

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 39

ひとこと要約

本論文は、SPHEREx全天近赤外線スペクトル調査の科学的潜在的可能性を要約している。このミッションは、全天空の6.2×6.2角秒のスカイピクセルごとに、0.75–5.00 µmのスペクトルを高い信号対雑音比で提供する。このミッションは、恒星および系外惑星のパラメータの高精度測定、宇宙間氷のマッピング、高赤方偏移クェザーの同定など、天文学および惑星科学の分野で画期的な研究を可能にし、JWST や TESS といった予定のミッションと強い相乗効果を発揮する。

ABSTRACT

SPHEREx is a proposed SMEX mission selected for Phase A. SPHEREx will carry out the first all-sky spectral survey and provide for every 6.2" pixel a spectra between 0.75 and 4.18 $μ$m [with R$\sim$41.4] and 4.18 and 5.00 $μ$m [with R$\sim$135]. The SPHEREx team has proposed three specific science investigations to be carried out with this unique data set: cosmic inflation, interstellar and circumstellar ices, and the extra-galactic background light. It is readily apparent, however, that many other questions in astrophysics and planetary sciences could be addressed with the SPHEREx data. The SPHEREx team convened a community workshop in February 2016, with the intent of enlisting the aid of a larger group of scientists in defining these questions. This paper summarizes the rich and varied menu of investigations that was laid out. It includes studies of the composition of main belt and Trojan/Greek asteroids; mapping the zodiacal light with unprecedented spatial and spectral resolution; identifying and studying very low-metallicity stars; improving stellar parameters in order to better characterize transiting exoplanets; studying aliphatic and aromatic carbon-bearing molecules in the interstellar medium; mapping star formation rates in nearby galaxies; determining the redshift of clusters of galaxies; identifying high redshift quasars over the full sky; and providing a NIR spectrum for most eROSITA X-ray sources. All of these investigations, and others not listed here, can be carried out with the nominal all-sky spectra to be produced by SPHEREx. In addition, the workshop defined enhanced data products and user tools which would facilitate some of these scientific studies. Finally, the workshop noted the high degrees of synergy between SPHEREx and a number of other current or forthcoming programs, including JWST, WFIRST, Euclid, GAIA, K2/Kepler, TESS, eROSITA and LSST.

研究の動機と目的

• 最初の全天近赤外線スペクトル調査を用いて、さまざまな天文学的および惑星科学的現象を特定・カタログ化すること。
• TESS および Gaia のデータと組み合わせることで、恒星および系外惑星のパラメータの精度を向上させること。
• 深く広範囲にわたるスペクトルカバレッジにより、低金属量星や高赤方偏移クェザーなどのレアまたは検出困難な対象の発見を可能にすること。
• JWST や WFIRST、Euclid、LSST といった将来の主要ミッションと連携し、最適なターゲットを事前に選定することで、科学的成果を最大化すること。
• SPHERExのレガシーデータセットの科学的成果を最大限に引き出すために、高度なデータ製品およびユーザー向けツールを開発すること。

提案手法

• 天文学および惑星科学分野の専門家からフィードバックを得るために、コミュニティワークショップを実施する。
• SPHEREx の 0.75–5.00 µm のスペクトル調査（R ~ 41.4（0.75–4.18 µm）および R ~ 135（4.18–5.00 µm））を用いて、全スカイピクセルの高信号対雑音比スペクトルを取得する。
• SPHEREx の感度を活用し、2MASS サンプルでは周波数素子あたり S/N > 50 を達成し、3.4 および 4.8 µm での最も暗い WISE サンプルでは S/N > 5 を達成する。
• Gaia や TESS、JWST などのミッションからの多波長データと統合することで、恒星パラメータおよび系外惑星の性質を制約する。
• スペクトル光度モデルを適用して、星の半径および質量をより高精度に導出し、キーテーゲットの不確実性を約5%から約1%に低減する。
• SPHEREx の全天カバレッジを活用して、ゾディアカルライトのマッピング、宇宙間炭素を含む分子の検出、およびスペクトル特徴を用いた高赤方偏移クェザーの同定を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 全天近赤外線スペクトル調査は、特にM型矮星を主星とする系外惑星のパラメータの精度をどのように向上させ得るか？
• RQ2 SPHEREx が低金属量星や高赤方偏移クェザーといったレアな対象を同定・特徴づける可能性は何か？
• RQ3 SPHEREx データは、JWST や WFIRST といった将来の大規模ミッションのターゲット選定と科学的成果をどのように向上させるか？
• RQ4 SPHEREx は、宇宙赤外背景放射およびその起源の測定をどの程度改善できるか？
• RQ5 SPHEREx データは、宇宙間および周囲惑星系の氷や、太陽系小天体の組成に関する新しい発見をどのように可能にするか？

主な発見

• SPHEREx は、2MASS カタログに含まれるすべての源に対して周波数素子あたり S/N > 50 の 0.75–5.00 µm スペクトルを提供し、3.4 および 4.8 µm での最も暗い WISE サンプルでは S/N > 5 を達成する。
• このミッションにより、KELT-3 のようなキーテーゲットの星の半径測定の不確実性が約5%から約1%に低減され、系外惑星半径の精度が約1%に向上する。
• SPHEREx は、スペクトル分解能 R ~ 41.4（0.75–4.18 µm）および R ~ 135（4.18–5.00 µm）を有する、0.75–5.00 µm 範囲で最初の全天スペクトル調査を提供する。
• この調査により、近傍銀河における星形成率の包括的評価、宇宙間アルキルおよびアロマチック炭素を含む分子のマッピング、および宇宙間および周囲惑星系環境における氷の検出が可能になる。
• SPHEREx は、すべての eROSITA X線源を特定し、全天にわたる銀河団の赤方偏移を決定可能にする。
• TESS、JWST、Gaia との連携により、各ミッションの科学的成果が顕著に向上し、特にターゲット選定の精度向上およびパラメータ制約の強化が達成される。