[論文レビュー] Strong Lensing considerations for the LSST observing strategy

A. Verma, Thomas E. Collett+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、強力な重力レンズの発見を最大化するため、LSSTのgバンドでサブアーカセコンドの分解能を確保することを提唱している。劣悪なgバンドの画像品質は、レンズ検出を著しく制限すると強調している。特に、gバンドの画像品質がrバンドおよびiバンドと同等に良好でなければならないことが、微かで青いレンズ化された源を同定する上で不可欠であり、宇宙論的および天体物理学的研究に耐えうる堅牢なレンズサンプルサイズを保証するため、gバンドでの良好な見かけの解像度を優先すべきだと提言している。

ABSTRACT

Strong gravitational lensing enables a wide range of science: probing cosmography; testing dark matter models; understanding galaxy evolution; and magnifying the faint, small and distant Universe. However to date exploiting strong lensing as a tool for these numerous cosmological and astrophysical applications has been severely hampered by limited sample sized. LSST will drive studies of strongly lensed galaxies, galaxy groups and galaxy clusters into the statistical age. Time variable lensing events, e.g. measuring cosmological time delays from strongly lensed supernovae and quasars, place the strongest constraints on LSST's observing strategy and have been considered in the DESC observing strategy white papers. Here we focus on aspects of `static' lens discovery that will be affected by the observing strategy. In summary, we advocate (1) ensuring comparable (sub-arcsecond) seeing in the g-band as in r and i to facilitate discovery of gravitational lenses, and (2) initially surveying the entire observable extragalactic sky as rapidly as possible to enable early science spanning a broad range of static and transient interests.

研究の動機と目的

• 強力な重力レンズのサンプルサイズが限られているという深刻な課題に取り組み、これが現在、宇宙論的および天体物理学的応用を妨げていること。
• LSSTの観測戦略—特に画像品質と深さ—が、検出可能な強力なレンズの数に与える影響を特定すること。
• gバンドの見かけの解像度をrバンドおよびiバンドと同等のサブアーカセコンドに保つことが、最適なレンズ検出を実現するために不可欠であることを主張すること。
• 全銀河赤外外領域を迅速にスキャンすることで、LSSTの初期科学が静的および一時的レンズ現象を含むようにすること。
• 特にgバンドにおいて、高品質で見かけの解像度に最適化された画像スタックを生成するための専用のデータ処理の開発を支援すること。

提案手法

• LSSTの合成画像スタックを用いて、中央値見かけの解像度が0.8"以上の全スタックではレンズ系が検出不能であるが、『最高の見かけの解像度』スタックや単一の良好な露光画像では検出可能であることを示した。
• 見かけの解像度の関数としてのレンズ検出感度をモデル化し、期待されるレンズ検出の100%を保持するには、gバンドの中央値見かけの解像度が0.8"である必要があることを示した。
• gバンドの見かけの解像度が劣化した影響を定量化した。見かけの解像度が0.9"に上昇すると、検出可能なレンズが17%減少し、1.0"以上では科学的目標が著しく損なわれる。
• 明るい赤い銀河周辺の高品質露光のみを選択することで、『見かけの解像度最適化』画像スタックを生成するためのデータ処理パイプラインを提案した。これにより、より良いレンズ同定が可能になる。
• 必要な処理規模を推定した。レンズ検出に最適化されたスタックを生成するには、gバンド、rバンド、iバンドで最大10^9枚の単一エポック画像カットアウトが必要となる可能性がある。
• LSSTのデータモデル（DM）のデブレッダー出力とシミュレーションベースの検証を活用し、レベル2のデータ製品から効率的なレンズ同定を実現するためのレベル3処理技術の開発を支援した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 gバンドの見かけの解像度品質が、LSST調査における強くレンズ効果を示す銀河の検出可能性にどのように影響するか？
• RQ2 統計的に有意な強力なレンズサンプルを保持するためのgバンドで必要な最低限の画像品質は何か？
• RQ3 深さ、面積、画像品質の組み合わせが、LSSTにおける検出可能な強力なレンズの総数にどのように影響するか？
• RQ4 『見かけの解像度最適化』の共通画像スタックのような専用のデータ処理は、標準的なスタックと比較して、レンズ検出効率を著しく向上させられるか？
• RQ5 LSSTデータにおける高精度なレンズ発見を可能にするために、必要な処理インfraストラクチャとデータ製品戦略は何か？

主な発見

• gバンドの中央値見かけの解像度が0.8"であることが、期待される強力なレンズ検出の100%を保持するために不可欠である。見かけの解像度が0.9"に上昇すると、検出可能なレンズが17%減少する。
• gバンドの中央値見かけの解像度が1.0"以上であると、LSSTの強力なレンズ研究における科学的潜在能力が著しく損なわれる。
• 多くのレンズ化された源は、それらのレンズよりも青色であるため、高品質なgバンド画像が検出に不可欠であり、rバンドの品質が良好であっても同様である。
• rバンドおよびiバンドの見かけの解像度が最適であっても、gバンドの見かけの解像度が悪いと、微かで青いレンズ化された源が検出できず、科学的枠組み全体が損なわれる。
• 見かけの解像度が悪い露光も含む全LSST共通スタックでは、多くのレンズ系が同定できないが、『最高の見かけの解像度』スタックや単一の良好な露光では回復可能である。
• 見かけの解像度最適化スタックを生成するための処理作業は膨大である。レンズ検出を支援するには、gバンド、rバンド、iバンドで最大10^9枚の単一エポック画像カットアウトが必要となる可能性がある。