[論文レビュー] Science with an ngVLA: The ngVLA Science Case and Associated Science Requirements

E. J. Murphy, Alberto D. Bolatto+23 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2018

Distributed and Parallel Computing Systems参考文献 1被引用数 42

ひとこと要約

この論文は ngVLA の科学ケースと 1.2–116 GHz カバー、>10x VLA/ALMA 感度、北米ベースラインを備えた次世代の電波干渉計を指針とする Five Key Science Goals (KSGs) と関連技術要件を提示します。

ABSTRACT

The science case and associated science requirements for a next-generation Very Large Array (ngVLA) are described, highlighting the five key science goals developed out of a community-driven vision of the highest scientific priorities in the next decade. Building on the superb cm observing conditions and existing infrastructure of the VLA site in the U.S. Southwest, the ngVLA is envisaged to be an interferometric array with more than 10 times the sensitivity and spatial resolution of the current VLA and ALMA, operating at frequencies spanning $\sim1.2 - 116$\,GHz with extended baselines reaching across North America. The ngVLA will be optimized for observations at wavelengths between the exquisite performance of ALMA at submm wavelengths, and the future SKA-1 at decimeter to meter wavelengths, thus lending itself to be highly complementary with these facilities. The ngVLA will be the only facility in the world that can tackle a broad range of outstanding scientific questions in modern astronomy by simultaneously delivering the capability to: (1) unveil the formation of Solar System analogues; (2) probe the initial conditions for planetary systems and life with astrochemistry; (3) characterize the assembly, structure, and evolution of galaxies from the first billion years to the present; (4) use pulsars in the Galactic center as fundamental tests of gravity; and (5) understand the formation and evolution of stellar and supermassive blackholes in the era of multi-messenger astronomy.

研究の動機と目的

• VLA および ALMA を超える前例のない感度と分解能を持つ次世代の電波/ミリ波施設を動機づける。
• ngVLA の科学プログラムを構成する 5 つの Key Science Goals (KSGs) を定義する。
• ngVLA の参照設計を推進する一般的な科学要件を明示する。
• 他施設との補完性とマルチメッセージ天文学時代への適合性を示す。
• ngVLA のミッションと能力を形作ったコミュニティ主導のプロセスを強調する。

提案手法

• NRAO が公募したコミュニティの科学ケース（80 件超）を集約・総合する。
• 科学的重要性、ngVLA の独自性、施設間の相乗効果に基づいて KSGs を選定する基準を特定する。
• KSGs を感度、分解能、帯域幅、サーベイ速度の定量的要件へ翻訳し、ngVLA 参照設計を情報提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ngVLA が取り組むべき最も説得力のある cm–mm 波長科学ゴールは何か。
• RQ2 惑星形成、天気化学、銀河進化、パルサー重力検証、ブラックホール研究を可能にするよう ngVLA の能力をいかに最適化するべきか。
• RQ3 5 つの KSGs を実現するための基本的な技術要件（感度、分解能、帯域幅、ダイナミックレンジ）は何か。
• RQ4 ngVLA は既存/計画中の施設をどのように補完し、マルチメッセージ天文学にどのように参加するべきか。
• RQ5 ngVLA の科学ミッションと機器仕様に関するコミュニティの合意を確保するプロセスは何か。

主な発見

• ngVLA は現行の VLA および ALMA よりおよそ 10 倍の感度と角分解能を提供することを想定している。
• 周波数カバレッジはおおよそ 1.2–116 GHz をカバーし、瞬時帯域幅は最大で 20 GHz。
• 参照設計と科学要件を推進するために 5 つの Key Science Goals が特定された。
• KSGs は惑星形成、天体化学、銀河進化、銀河中心のパルサー重力検証、マルチメッセージ時代のブラックホール形成/進化を強調している。
• ngVLA の設計はコンパクトコアを優先し、北米にまたがる拡張基線と広い wide-band 連続およびスペクトル機能を備え、時系列、形態学、高解像度イメージングの多様な科学を実現することを目指している。