[論文レビュー] The Dark Energy Spectrometer (DESpec): A Multi-Fiber Spectroscopic Upgrade of the Dark Energy Camera and Survey for the Blanco Telescope

F. B. Abdalla, J. Annis+30 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 4被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、ブラウノ4メートル望遠鏡のダークエネルギー望遠鏡（DECam）をアップグレードするためのマルチファイバー分光計器、ダークエネルギー分光計（DESpec）を提案している。この装置により、5,000平方度の領域で約800万個の銀河の赤方偏移測定が可能となり、ダークエネルギーと修正重力モデルの制約が顕著に向上する。ダークエネルギー調査（DES）の画像データに分光的赤方偏移を追加することで、宇宙膨張、ダークエネルギー、修正重力モデルに関する制約が大幅に強化される。

ABSTRACT

We describe an initiative to build and use the Dark Energy Spectrometer (DESpec), a wide-field spectroscopic survey instrument for the Blanco 4 meter telescope at Cerro Tololo InterAmerican Observatory (CTIO) in Chile. A new system with about 4000 robotically positioned optical fibers will be interchangeable with the CCD imager of the existing Dark Energy Camera (DECam), accessing a field of view of 3.8 square degrees in a single exposure. The proposed instrument will be operated by CTIO and available for use by the astronomy community. Our collaboration proposes to use DESpec to conduct a wide, deep spectroscopic survey to study Dark Energy. In a survey of about 350 nights, the DESpec collaboration proposes to obtain spectroscopic redshifts for about 8 million galaxies over 5000 square degrees selected from the Dark Energy Survey (DES). This Dark Energy Spectroscopic Survey will advance our knowledge of cosmic expansion and structure growth significantly beyond that obtainable with imaging-only surveys. Since it adds a spectroscopic third dimension to the same sky as DES, DESpec will enable increasingly precise techniques to discriminate among alternative explanations of cosmic acceleration, such as Dark Energy and Modified Gravity.

研究の動機と目的

• ブラウノ4メートル望遠鏡の既存のダークエネルギー望遠鏡（DECam）を補完する広視野・マルチファイバー分光計器の開発。
• ダークエネルギー調査（DES）の画像調査から選別された、5,000平方度の領域で約800万個の銀河の分光的赤方偏移を取得すること。
• 宇宙膨張および大規模構造の成長の精密測定を可能にし、ダークエネルギーおよび修正重力モデルの検証を実現すること。
• 広域分光観測のためのコミュニティ利用可能な施設を提供し、DES画像調査の科学的成果を強化すること。
• 同じ天の川領域において画像と分光観測を統合することで、高い統計的パワーを持つ宇宙の3次元マッピングを実現すること。

提案手法

• 1回の露光で複数の銀河を同時に観測できる、約4,000本のロボット制御ファイバーを備えた新規装置を導入する。
• 既存のDECam CCD画像器と同一の焦点面に分光システムを設置し、相互に交換可能にすること。
• 広視野設計を採用して、1回の露光で3.8平方度の視野を達成し、調査効率を最大化すること。
• DES画像カタログから選別された銀河の赤方偏移を取得するため、合計350夜の調査を実施する。
• 分光データと画像データを統合し、赤方偏移を伴う宇宙構造の3次元マップを作成すること。
• 高度なデータ還元パイプラインを活用して、赤方偏移を抽出し、銀河クラスタリングおよび弱引力レンズ信号を測定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分光的赤方偏移を用いることで、画像データのみの調査に比べて、ダークエネルギーの状態方程式に対する制約はどの程度改善されるか？
• RQ2 画像と分光観測の組み合わせによって、ダークエネルギーと修正重力モデルの区別はどの程度可能か？
• RQ3 宇宙論的パラメータの制約を最大化するための、広域かつ深さのある分光観測調査の最適な戦略は何か？
• RQ4 ブラウノ4メートル望遠鏡のような専用調査望遠鏡において、マルチファイバー分光計を効率的に展開・運用するにはどうすればよいか？
• RQ5 4,000本のファイバーを用いた5,000平方度の調査で、高品質な赤方偏移の予想収量はどの程度か？

主な発見

• DESpec装置は、5,000平方度の領域で約800万個の銀河の分光的赤方偏移を取得することを目的として設計されている。
• 装置は約4,000本のロボット制御ファイバーを用い、1回の露光で3.8平方度の視野をカバーする。
• 装置はCTIOが運用し、広く天文コミュニティに利用可能となる。
• 画像と分光観測の統合により、宇宙膨張および構造成長の精密測定が可能になる。
• 画像データのみでは達成できない水準にまで、ダークエネルギーおよび修正重力モデルの制約が顕著に向上すると予想される。
• 本プロジェクトは、ブラウノ4メートル望遠鏡で約350夜の観測時間を要する予定である。