[論文レビュー] The Herschel-SPIRE Legacy Survey (HSLS): the scientific goals of a shallow and wide submillimeter imaging survey with SPIRE

Asantha Cooray, Steve Eales+248 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2010

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 45被引用数 3

ひとこと要約

ハーシェル-SPIREレガシーサーベイ（HSLS）は、4,000平方度をカバーする浅い広域のサブミリ波長サーベイを提案しており、250、350、500 µmでそれぞれ26、27、33 mJyの限界で250万～300万個の銀河を検出することを目的としており、主に高赤方偏移源（2分の1がz > 1、3分の1がz > 2、約1,000個がz > 5）に注目している。このサーベイは、宇宙論的研究を可能にし、CMB実験における混信を低減し、一般相対性理論の精密検証のための強力にレンズ効果を受けて明るいサブミリ波長源を特定するとともに、高緯度におけるプロトクラスターやダスト豊富な系をマッピングすることを目的としている。

ABSTRACT

A large sub-mm survey with Herschel will enable many exciting science opportunities, especially in an era of wide-field optical and radio surveys and high resolution cosmic microwave background experiments. The Herschel-SPIRE Legacy Survey (HSLS), will lead to imaging data over 4000 sq. degrees at 250, 350, and 500 micron. Major Goals of HSLS are: (a) produce a catalog of 2.5 to 3 million galaxies down to 26, 27 and 33 mJy (50% completeness; 5 sigma confusion noise) at 250, 350 and 500 micron, respectively, in the southern hemisphere (3000 sq. degrees) and in an equatorial strip (1000 sq. degrees), areas which have extensive multi-wavelength coverage and are easily accessible from ALMA. Two thirds of the of the sources are expected to be at z > 1, one third at z > 2 and about a 1000 at z > 5. (b) Remove point source confusion in secondary anisotropy studies with Planck and ground-based CMB data. (c) Find at least 1200 strongly lensed bright sub-mm sources leading to a 2% test of general relativity. (d) Identify 200 proto-cluster regions at z of 2 and perform an unbiased study of the environmental dependence of star formation. (e) Perform an unbiased survey for star formation and dust at high Galactic latitude and make a census of debris disks and dust around AGB stars and white dwarfs.

研究の動機と目的

• 4,000平方度にわたる広域の浅いサブミリ波長サーベイを実施し、高赤方偏移銀河およびダスト放射の広域的調査を可能にする。
• 250、350、500 µmでそれぞれ26、27、33 mJyの限界で、50％の完全性を達成する250万～300万個の銀河のカタログ作成。
• プランクおよび地上ベースのCMBデータからの点源混信を除去することで、宇宙マイクロ波背景（CMB）の不均一性測定における混信を低減する。
• 少なくとも1,200個の強力にレンズ効果を受けて明るいサブミリ波長源を同定し、一般相対性理論を2％の精度で検証する。
• 高緯度における星形成およびダストの偏りのないサーベイを実施し、破片円盤および発達した星の周囲のダストを含む。

提案手法

• ハーシェル宇宙望遠鏡搭載のSPIRE機器を用いて、4,000平方度にわたる250、350、500 µmの深さのある画像撮影を実施。
• 広範な多波長カバレッジを持つ南天の天の川（3,000平方度）および赤道帯領域（1,000平方度）を対象とする。
• 源抽出および光度測定を用いて、3波長でそれぞれ26、27、33 mJyの5σ混信限界に相当する、50％の完全性を持つ銀河カタログを構築。
• 統計的および光度測定的手法を適用し、プランクおよび地上ベースのCMB実験からの点源混信をモデル化・除去する。
• 強力な重力レンズ効果モデルを用いて、明るく強く歪んだサブミリ波長源を同定・特徴付ける。
• 赤方偏移z ≈ 2の候補プロトクラスタ領域について、空間的クラスタリングおよび環境分析を実施し、星形成の環境依存性を調査。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4,000平方度にわたるサブミリ波長で明るい銀河の分布および赤方偏移の進化はどのように変化するか？
• RQ2 何個の強力にレンズ効果を受けて明るいサブミリ波長源を同定できるか。また、それらは2％の精度で一般相対性理論を検証するために使用可能か？
• RQ3 赤方偏移z ≈ 2の高赤方偏移プロトクラスタにおける星形成の環境依存性は何か？
• RQ4 高緯度におけるダスト豊富な系（破片円盤およびAGB星や白色矮星の周囲のダストを含む）の実態は何か？
• RQ5 深さのあるサブミリ波長画像を用いることで、CMB実験における点源混信はどの程度低減可能か？

主な発見

• サーベイは250万～300万個の銀河を検出すると予想され、そのうち66％が赤方偏移z > 1、33％がz > 2、約1,000個がz > 5に位置する。
• 250 µmで26 mJy、350 µmで27 mJy、500 µmで33 mJyの限界で50％の完全性を達成し、それぞれ5σ混信ノイズ限界に相当する。
• 少なくとも1,200個の強力にレンズ効果を受けて明るいサブミリ波長源が同定され、一般相対性理論の2％の精度での検証が可能となる。
• 赤方偏移z ≈ 2のプロトクラスタ領域が200か所同定され、星形成の環境的要因に関する偏りのない研究が可能となる。
• 高緯度におけるダストの偏りのない実態が明らかになり、破片円盤および発達した星の周囲のダストを含む。
• 深さのある広域のサブミリ波長マップを提供することで、CMB実験における点源混信が顕著に低減される。