[論文レビュー] The DESI Experiment Part I: Science,Targeting, and Survey Design

DESI Collaboration, Amir Aghamousa+291 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2016

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 1,202

ひとこと要約

DESIは、4つのクラスにまたがる科学目標、標的選択、BAO、RSD、および Ly-α 森を30 million以上の銀河とクエーサ赤方偏移を用いて測定する調査設計を概説するStage IVの地上型ダークエネルギー実験です。

ABSTRACT

DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) is a Stage IV ground-based dark energy experiment that will study baryon acoustic oscillations (BAO) and the growth of structure through redshift-space distortions with a wide-area galaxy and quasar redshift survey. To trace the underlying dark matter distribution, spectroscopic targets will be selected in four classes from imaging data. We will measure luminous red galaxies up to $z=1.0$. To probe the Universe out to even higher redshift, DESI will target bright [O II] emission line galaxies up to $z=1.7$. Quasars will be targeted both as direct tracers of the underlying dark matter distribution and, at higher redshifts ($ 2.1 < z < 3.5$), for the Ly-$α$ forest absorption features in their spectra, which will be used to trace the distribution of neutral hydrogen. When moonlight prevents efficient observations of the faint targets of the baseline survey, DESI will conduct a magnitude-limited Bright Galaxy Survey comprising approximately 10 million galaxies with a median $z\approx 0.2$. In total, more than 30 million galaxy and quasar redshifts will be obtained to measure the BAO feature and determine the matter power spectrum, including redshift space distortions.

研究の動機と目的

• DESI プロジェクトを、BAOと赤方偏移空間歪みを活用する次世代のダークエネルギー探査機（Stage IV）として動機づける。
• 4つの分光標的クラスを定義し、画像データを用いてダークマターを追跡し、銀河の赤方偏移 z を1.7まで、Ly-α 森の赤方偏移 z を3.5まで到達させる。
• BAOおよび成長の測定のために、>30 million の銀河とクエーサ赤方偏移を得ることを目的とした広域サーベイ戦略を設計する。

提案手法

• 画像データからの標準標的選択により、4つの分光サンプルを作成する（LRG は z=1 まで、[O II] 発光線銀河は z=1.7 まで、直接追跡とLy-α 森のためのクエーサ、Ly-α 森は 2.1<z<3.5、BRIGHT Galaxy Survey は観測条件が不良な際の z~0.2）。
• BAO測定と物質のパワースペクトル（RSDを含む）を最大化する広域カバレッジを目指したサーベイ設計。
• クエーサのスペクトルにおけるLy-α 森を高赤方偏移での中性水素分布の探査として利用。
• 4つのクラス横断で銀河とクエーサ標的を統合して>30 million赤方偏移を達成する計画。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DESIが望ましい赤方偏移範囲でダークマターを追跡する4つの分光標的クラスを画像データからどのように最適化して選択できるか。
• RQ2 赤方偏移空間歪みとLy-α 森信号でBAO特徴と構造成長を測定するためには、どのようなサーベイ設計（領域、深さ、観測戦略）が必要か。
• RQ3 ダークエネルギーと物質パワースペクトルを制約するために必要な銀河とクエーサ赤方偏移の見込み数はどれくらいか。
• RQ4 Ly-α 森観測をクエーサから活用してDESIの高赤方偏移領域への到達を拡張し、銀河クラスタリング測定を補完するにはどうするか。

主な発見

• DESIは広域スペクトロスコピー調査を通じて赤方偏移空間歪みによる構造成長とBAOを測定することを目指す。
• 標的は4クラスを含む： z=1 までの明るい赤色銀河（LRG）、z=1.7 までの明るい [O II] 発光銀河、直接追跡と z~3.5 までのLy-α 森のクエーサ、観測条件が悪いときは z~0.2 の Bright Galaxy Survey。
• サーベイはBAO特徴のマッピングと物質パワースペクトルの決定のために>30 million の銀河とクエーサ赤方偏移を取得する計画。
• クエーサは基盤となるダークマターのトレーサーとしてだけでなくLy-α 森分析のバックライトとしても利用され、高赤方偏移の測定を可能にする。
• 設計は標的選択、サーベイ戦略、およびデータ製品を統合して宇宙膨張と構造成長の測定を最適化する。