[論文レビュー] The BigBOSS Experiment

David J. Schlegel, F. B. Abdalla+139 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2011

Geophysics and Gravity Measurements被引用数 71

ひとこと要約

BigBOSS は、4メートルのマヤル Telescope を用いて広域スペクトロスコピック調査を実施し、14,000 平方ドエグリの範囲で 2000 万個の銀河および 60 万個のクェーサーの赤方偏移を測定することで、バリオン音響振動（BAO）および構造成長を測定する。ダークエネルギーの制約において図形的優位性（FOM）は 395 を達成するが、高波数モードを含めれば最大 600 にまで向上する可能性があり、修正重力、インフレーション、ニュートリノ質量の精密検証が可能となる。

ABSTRACT

BigBOSS is a Stage IV ground-based dark energy experiment to study baryon acoustic oscillations (BAO) and the growth of structure with a wide-area galaxy and quasar redshift survey over 14,000 square degrees. It has been conditionally accepted by NOAO in response to a call for major new instrumentation and a high-impact science program for the 4-m Mayall telescope at Kitt Peak. The BigBOSS instrument is a robotically-actuated, fiber-fed spectrograph capable of taking 5000 simultaneous spectra over a wavelength range from 340 nm to 1060 nm, with a resolution R = 3000-4800. Using data from imaging surveys that are already underway, spectroscopic targets are selected that trace the underlying dark matter distribution. In particular, targets include luminous red galaxies (LRGs) up to z = 1.0, extending the BOSS LRG survey in both redshift and survey area. To probe the universe out to even higher redshift, BigBOSS will target bright [OII] emission line galaxies (ELGs) up to z = 1.7. In total, 20 million galaxy redshifts are obtained to measure the BAO feature, trace the matter power spectrum at smaller scales, and detect redshift space distortions. BigBOSS will provide additional constraints on early dark energy and on the curvature of the universe by measuring the Ly-alpha forest in the spectra of over 600,000 2.2 < z < 3.5 quasars. BigBOSS galaxy BAO measurements combined with an analysis of the broadband power, including the Ly-alpha forest in BigBOSS quasar spectra, achieves a FOM of 395 with Planck plus Stage III priors. This FOM is based on conservative assumptions for the analysis of broad band power (kmax = 0.15), and could grow to over 600 if current work allows us to push the analysis to higher wave numbers (kmax = 0.3). BigBOSS will also place constraints on theories of modified gravity and inflation, and will measure the sum of neutrino masses to 0.024 eV accuracy.

研究の動機と目的

• 14,000 平方ドエグリの広域で、広域スペクトロスコピック調査を用いてバリオン音響振動（BAO）および赤方偏移空間歪みを測定すること。
• BOSS 調査を上回る赤方偏移および領域カバレッジを備えた明るい赤銀河（LRGs）の調査を拡張し、z = 1.0 まで到達させること。
• [OII] 発光線銀河（ELGs）を用いて、z = 1.7 の高い赤方偏移を測定し、大規模構造を追跡すること。
• クェーサー分光法におけるリュードフォレストを用いて、初期ダークエネルギーおよび宇宙の曲率を制約すること。
• ニュートリノ質量の和を 0.024 eV の精度で測定し、修正重力理論およびインフレーション理論を検証すること。

提案手法

• マヤル望遠鏡にロボット駆動式のファイバー入射型分光器を設置し、340–1060 nm の波長域で R = 3000–4800 の分解能を達成し、同時に 5,000 スペクトルを取得可能とする。
• 進行中の画像調査からスぺクトロスコピック標本（LRGs、ELGs、クェーサー）を選定し、潜在的なダークマター分布を追跡すること。
• 銀河の赤方偏移を用いて、小スケールにおける BAO 特徴および物質パワー スペクトルを測定すること。
• クェーサー分光法におけるリュードフォレスト（z = 2.2–3.5）を分析し、宇宙論的パラメータを制約すること。
• BigBOSS のデータを Planck およびステージ III の前件情報と組み合わせ、ダークエネルギーの制約における図形的優位性（FOM）を計算すること。
• バンドパスパワー解析には保守的な kmax = 0.15 を使用するが、FOM の向上を目的として kmax = 0.3 への拡張も検討可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 広域かつ高多重度のスぺクトロスコピック調査は、ダークエネルギーの制約において図形的優位性（FOM）を少なくとも 395 に達成できるか？
• RQ2 クェーサー分光法におけるリュードフォレストは、初期ダークエネルギーおよび宇宙の曲率の制約をどの程度向上できるか？
• RQ3 この調査はニュートリノ質量の和を 0.024 eV の精度で測定できるか？
• RQ4 BigBOSS は赤方偏移空間歪みをどの程度よく検出でき、小スケールにおける物質パワー スペクトルをどの程度正確に追跡できるか？
• RQ5 kmax = 0.3 にまで波数領域を拡張した場合、保守的な kmax = 0.15 と比較して、FOM の向上はどの程度期待できるか？

主な発見

• BigBOSS は、Planck およびステージ III の前件情報と組み合わせた場合、ダークエネルギーの制約において図形的優位性（FOM）が 395 に達する。
• 現在の研究に基づき、解析を高波数領域（kmax = 0.3）にまで拡張すれば、FOM は 600 を超える可能性がある。
• BAO 特徴および物質パワー スペクトルを測定するために、2000 万個の銀河の赤方偏移が得られる。
• 60 万個を超えるクェーサー分光法（2.2 < z < 3.5）が、リュードフォレストの研究および初期ダークエネルギーと曲率の制約に用いられる。
• ニュートリノ質量の和は 0.024 eV の精度で測定される。
• 大規模構造および BAO 測定を通じて、修正重力理論およびインフレーションモデルに対する強い制約が得られる。