[論文レビュー] SDSS-V: Pioneering Panoptic Spectroscopy

Juna A. Kollmeier, Gail Zasowski+48 more|arXiv (Cornell University)|Nov 9, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 5被引用数 108

ひとこと要約

SDSS-V は三つの interlinked programs—the Milky Way Mapper, Black Hole Mapper, and Local Volume Mapper—を持つ全天球・多時代の分光調査で、何百万もの天体と 3,000+ deg2 IFU マッピングを目指します。

ABSTRACT

SDSS-V will be an all-sky, multi-epoch spectroscopic survey of over six million objects. It is designed to decode the history of the Milky Way, trace the emergence of the chemical elements, reveal the inner workings of stars, and investigate the origin of planets. It will also create an integral-field spectroscopic map of the gas in the Galaxy and the Local Group that is 1,000x larger than the current state of the art and at high enough spatial resolution to reveal the self-regulation mechanisms of galactic ecosystems. SDSS-V will pioneer systematic, spectroscopic monitoring across the whole sky, revealing changes on timescales from 20 minutes to 20 years. The survey will thus track the flickers, flares, and radical transformations of the most luminous persistent objects in the universe: massive black holes growing at the centers of galaxies. The scope and flexibility of SDSS-V will be unique among extant and future spectroscopic surveys: it is all-sky, with matched survey infrastructures in both hemispheres; it provides near-IR and optical multi-object fiber spectroscopy that is rapidly reconfigurable to serve high target densities, targets of opportunity, and time-domain monitoring; and it provides optical, ultra-wide-field integral field spectroscopy. SDSS-V, with its programs anticipated to start in 2020, will be well-timed to multiply the scientific output from major space missions (e.g., TESS, Gaia, eROSITA) and ground-based projects. SDSS-V builds on the 25-year heritage of SDSS's advances in data analysis, collaboration infrastructure, and product deliverables. The project is now refining its science scope, optimizing the survey strategies, and developing new hardware that builds on the SDSS-IV infrastructure. We present here an overview of the current state of these developments as we seek to build our worldwide consortium of institutional and individual members.

研究の動機と目的

• 大規模な銀河系、SMBH の成長、および ISM をマッピングするためのパンオプティック・全天球分光調査の必要性を動機づける。
• SDSS-V Mapper プログラム（Milky Way Mapper、Black Hole Mapper、Local Volume Mapper）とそれらの科学的目標を説明する。
• スカイ全域の多エポック・多波長分光マップを実現するための調査機材、戦略、およびコンソーシアム形成計画の概要を示す。

提案手法

• 近赤外分光器 APOGEE (R~22,000、300ファイバー) と光学分光器 BOSS (R~2,000、500ファイバー) を搭載した北半球と南半球の2台の2.5m望遠鏡を用いて、全空を横断する MOS を実施する。
• 各半球あたり約2,000ファイバーのバンドルを用いて、超広域 IFS を実施し、3つの光学分光器へ供給する。
• 繰り返しの分光エポックを処理・解析して、時系列研究およびブラックホールのリバーバーションマッピングを可能にする。
• SDSS-I–IV のハードウェアと調査基盤を活用し、ターゲットの迅速な再取得と多エポック戦略を可能にする新しい部品を開発する。
• 天球カバレッジ・深さ・スペクトルレンジ（近赤外および光学）を最大化するよう、3つの mapper 全体でターゲティング戦略を実装する。
• 同時代ミッション（Gaia、TESS、eROSITA）との連携を計画し、科学的リターンを高める。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 全空を対象としたパンオプティック分光が、多時代データとともに、銀河系の構造・形成・恒星進化の理解をいかに前進させることができるか。
• RQ2 大規模・多時代の光学分光とeROSITA追跡観測から、超大質量ブラックホールの成長とAGNの変動性について何が学べるのか。
• RQ3 高空間分解で何千平方度にわたりマップした際の星間媒質の構造と調節はどうなるのか？
• RQ4 インテグラルフィールド分光法を用いて、局所体積全体のISMと星間集団をマッピングし、フィードバックと濃度富化プロセスを明らかにするには？
• RQ5 時系列分光が時系列画像調査を補完し、changing-look クエーサーや降着物理を明らかにするにはどうすればよいか？

主な発見

• SDSS-V は、全天球で約600万以上の天体のスペクトルを取得し、そのうち約100万天体には均一な多時代分光を提供する。
• 調査には APOGEE（近赤外、R~22,000）による MOS と BOSS（光学、R~2,000）による MOS を含み、空全体の調査速度を約40 deg2 hr^-1 にする。
• >3,000 deg2 にわたる超広域 IFS を約2,000ファイバーの IFU バンドルを用いて実施し、局所体積の ISM と星間集団をマッピングする。
• Black Hole Mapper は約1,000–1,500 のクエーサー（z ~0.1–4.5）に対してリバーバーション・マッピングを実施し、約25,000 のクエーサーのスペクトル変動を複数のエポックにわたり監視する。
• eROSITA フォローアップにより、調査の最初の1.5年で検出された約40万のX線源を可視光で識別・特徴づけし、AGN サンプルを数桁拡大する。
• Local Volume Mapper は、銀河系および近傍銀河のイオン化された ISM を約25 pcの分解能でマッピングし、pcスケールから kpcスケールの ISM 研究を可能にする。