[論文レビュー] The Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI)

M. E. Levi, Allen, Lori E.+43 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Jul 24, 2019

Astronomy and Astrophysical ResearchPhysics and Astronomy参考文献 2被引用数 22

ひとこと要約

DESI は、キット・ピークのメイホール4m望遠鏡に設置されたマルチファイバー分光計で、14,000 deg² を5年間にわたり調査し、銀河およびクェーサーの3400万個の赤方偏移を測定して、バリオン音響振動および赤方偏移空間歪みを用いた暗黒エネルギーの研究を目的としている。5000本のロボット制御ファイバーと360–980 nm の高スループット分光計を備え、精密な宇宙論的および星の調査を可能にし、2020年代にわたり世界最高水準の施設として機能し、2025年以降の運用も見込まれる。

ABSTRACT

We present the status of the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) and its plans and opportunities for the coming decade. DESI construction and its initial five years of operations are an approved experiment of the US Department of Energy and is summarized here as context for the Astro2020 panel. Beyond 2025, DESI will require new funding to continue operations. We expect that DESI will remain one of the world's best facilities for wide-field spectroscopy throughout the decade. More about the DESI instrument and survey can be found at https://www.desi.lbl.gov.

研究の動機と目的

• バリオン音響振動および赤方偏移空間歪みを用いて、銀河およびクェーサーの広域分光調査を5年間にわたり実施し、暗黒エネルギーを解明すること。
• 広い赤方偏移範囲（0 < z < 3.5）において、高多重度および高スループットを達成し、効率的な赤方偏移測定を実現すること。
• ベンチマウント型で熱的に安定した分光計を用いて、星および銀河外天体の径速度測定を約1 km/s の精度で実施すること。
• 2025年以降の科学的成果を支援するため、延長調査の可能性を評価し、高赤方偏移対象、ライマン＝アルファフォレストの研究、および銀河系調査を含む。
• 毎年データセットを公開し、クラスタリング解析のための選択関数およびモックカタログを提供することで、データ駆動型の宇宙論的プローブを可能にすること。

提案手法

• DESI は、8 deg² の焦点面に5000本のロボット制御ファイバーを配置し、天体からの光を収集し、10台の三重アーム分光計に送る。
• 分光計は360–980 nm をカバーし、紫外域では分解能 R > 2000、赤外域では R > 4000 を達成しており、高精度な赤方偏移および径速度測定を可能にする。
• 分光計はベンチマウントにより熱的安定性を確保しており、速度精度が約1 km/s を維持され、宇宙論的クラスタリング研究に不可欠である。
• 対象選定は、レガシーサーベイ（ブラウンォ、メイホール、ボーク）およびWISEデータからの深紫外画像に基づく。赤いがる銀河、発光線を持つ銀河、クェーサーを特定する。
• 調査は段階的アプローチを採用する：高赤方偏移対象（z > 0.6）には暗い/グレー時間、低赤方偏移銀河（中央値 z ~ 0.2）には明るい時間を使用し、銀河外観測が制限される場合には星の観測をバックアッププログラムとして実施する。
• データは毎年公開され、完全な選択関数およびモックカタログが提供され、宇宙論的クラスタリングおよびシステムティクスモデリングを支援する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 広域で高多重度の分光調査が、バリオン音響振動を用いて、宇宙距離スケールを1%未満の精度で測定するにはどうすればよいか？
• RQ2 0 < z < 3.5 の範囲で大規模構造のサンプリングを最大化するために、発光線銀河およびクェーサーを効果的に標的化する最適な戦略は何か？
• RQ3 DESI の高スループット・高安定分光計は、銀河系運動論のための星の径速度測定を約1 km/s の精度で可能にするか？
• RQ4 2025年以降に最も有望な科学的延長は何か。特に高赤方偏移銀河調査およびライマン＝アルファフォレスト研究の観点から。
• RQ5 LSST、Euclid、SPHEREx などの予定されている画像調査と比較して、DESI はどのように標的的で高精度な分光計測によって補完的役割を果たせるか？

主な発見

• DESI は2019年10月に分光初光を達成し、2020年1月に完全なコンMISSIONINGを完了し、2020年夏に5年間の調査を開始した。
• 大気上層部から検出光子までのスループットが50%以上に達しており、5000本のファイバーと1.5"のファイバーコアを備えることで、高効率な観測が可能になった。
• 調査では3400万個の赤方偏移が得られる：240万個のクェーサー、400万個の明るい赤い銀河（0.3 < z < 1）、1800万個の発光線銀河（0.6 < z < 1.6）、z > 2 の60万本の線路上でライマン＝アルファフォレストの測定が行われる。
• 明るい時間プログラムでは、r ≈ 19.5 までの1000万個の銀河がスキャンされ、中央値赤方偏移は約0.2に達し、SDSS MAIN や2dF GRS よりも10倍以上の体積をカバーする。
• ベンチマウント型で熱的に安定した分光計の設計により、約1 km/s の速度精度が維持され、高精度な径速度測定が可能になった。
• 選択関数およびモックカタログを併せた毎年のデータ公開が計画されており、強固な宇宙論的クラスタリングおよびシステムティクス研究を支援する。