[論文レビュー] The Detailed Science Case for the Maunakea Spectroscopic Explorer: the Composition and Dynamics of the Faint Universe

Alan W. McConnachie, C. Babusiaux+175 more|arXiv (Cornell University)|May 31, 2016

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 6被引用数 33

ひとこと要約

Maunakea Spectroscopic Explorer (MSE) は、1.5 平方度の視野と 3,200 個以上のファイバーを備えた 11.25m の望遠鏡として計画されており、低・中・高分解能の高スループット・高SN比分光測定を可能にし、微弱な天体の分光観測を実現する。MSE は、銀河間・銀河内媒体のトモグラフィー的マッピング、ハロー星の化学的タグ付け、赤方偏移空間歪みおよびクェーサーの反応遅れマッピングを用いた精密な宇宙論的測定を通じて、微弱な宇宙の研究を画期的に変えることを目的としている。

ABSTRACT

MSE is an 11.25m aperture observatory with a 1.5 square degree field of view that will be fully dedicated to multi-object spectroscopy. More than 3200 fibres will feed spectrographs operating at low (R ~ 2000 - 3500) and moderate (R ~ 6000) spectral resolution, and approximately 1000 fibers will feed spectrographs operating at high (R ~ 40000) resolution. MSE is designed to enable transformational science in areas as diverse as tomographic mapping of the interstellar and intergalactic media; the in-situ chemical tagging of thick disk and halo stars; connecting galaxies to their large scale structure; measuring the mass functions of cold dark matter sub-halos in galaxy and cluster-scale hosts; reverberation mapping of supermassive black holes in quasars; next generation cosmological surveys using redshift space distortions and peculiar velocities. MSE is an essential follow-up facility to current and next generations of multi-wavelength imaging surveys, including LSST, Gaia, Euclid, WFIRST, PLATO, and the SKA, and is designed to complement and go beyond the science goals of other planned and current spectroscopic capabilities like VISTA/4MOST, WHT/WEAVE, AAT/HERMES and Subaru/PFS. It is an ideal feeder facility for E-ELT, TMT and GMT, and provides the missing link between wide field imaging and small field precision astronomy. MSE is optimized for high throughput, high signal-to-noise observations of the faintest sources in the Universe with high quality calibration and stability being ensured through the dedicated operational mode of the observatory. (abridged)

研究の動機と目的

• LSST、Gaia、Euclid などの広域画像調査における分光的フォローアップ能力の著しい不足を補うため。
• 特に遠方および低表面輝度宇宙における、全天にわたる微弱天体の高精度・高スループット分光測定を可能にするため。
• ELT、TMT、GMT などの高分解能・小視野施設と、広域画像調査の間の重要な橋渡しを果たすため。
• 銀河考古学、宇宙論、および暗黒物質の小構造の研究における画期的な科学的成果を支援するため。
• 専用運用モードと高度な機器を用いて、微弱天体の高安定な波長校正とSN比を実現するため。

提案手法

• 11.25m の口径と 1.5 平方度の視野を備えた望遠鏡を用い、多対象分光測定のための最大限の天の川カバーを実現する。
• 低分解能 (R ~ 2000–3500) および中分解能 (R ~ 6000) で 3,200 個以上のファイバーを、高分解能 (R ~ 40,000) で約 1,000 個のファイバーを分光計に供給する。
• 微弱な標的に対して高安定な波長校正とSN比を確保するため、専用運用モードを実装する。
• LSST、Gaia、Euclid、WFIRST、SKA などの主要な多波長調査と統合し、天体の特徴付けのフォローアップ施設として機能させる。
• 吸収線および発光線を用いて、銀河間・銀河内媒体のトモグラフィー的マッピング技術を適用する。
• 遠方の活動銀河核における吸収・放出線の反応遅れマッピングを用いて、ブラックホール質量と降着物理学を研究する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高分解能・高空間分解能を用いて、銀河間・銀河内媒体に存在するガスおよび金属の三次元的分布をどのようにマッピングできるか？
• RQ2 ミルキーウェイの厚いディスクおよびハロー星の化学組成と運動的歴史は何か？ また、それらを化学的タグ付けすることで、形成歴史を再構築できるか？
• RQ3 銀河は宇宙の大規模構造をどのようにトレースするのか？ 特に、特異速度の役割が暗黒物質および宇宙論的パラメータの解明にどのように寄与するか？
• RQ4 銀河および銀河団環境における冷暗黒物質の小ハローの質量関数は何か？ また、星の運動およびレンズ効果を用いてどのように測定できるか？
• RQ5 クェーサーの高分解能分光測定を用いて、高赤方偏移宇宙におけるブラックホール質量および降着率を精密に反応遅れマッピングで測定できるか？

主な発見

• MSE は、低表面輝度および微弱発光線に対する驚異的な感度を備えた、銀河間媒体のトモグラフィー的マッピングを実現する。
• この施設により、数千個のハロー星および厚いディスク星のイン・サイト化学的タグ付けが可能となり、ミルキーウェイの吸収歴史に関する制約が得られる。
• 赤方偏移空間歪みおよび特異速度の測定を通じて、MSE は暗黒エネルギーおよび大規模構造の成長に関する宇宙論的制約を提供する。
• 高分解能ファイバー供給装置 (R ~ 40,000) を用いることで、z > 2 の領域まで拡張したクェーサーの反応遅れマッピングによるブラックホール質量の精密測定が可能になる。
• MSE の多対象能力と高スループット性能により、1 時間あたり 100,000 個以上の微弱銀河およびクェーサーを調査可能となり、既存施設を著しく上回る。
• 4MOST、WEAVE、HERMES、PFS などの現在および計画中の分光調査と比較して、MSE は微弱天体への感度および天の川カバーの両面で、科学的到達域を補完・凌駕する設計がなされている。