[論文レビュー] The LOFAR Multifrequency Snapshot Sky Survey (MSSS) I. Survey description and first results

G. Heald, R. Pizzo+148 more|Research Explorer (The University of Manchester)|Sep 3, 2015

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 41被引用数 61

ひとこと要約

LOFARマルチ周波数スナップショット天球サーベイ（MSSS）は、LOFARのハイ・バンドアレイとロウ・バンドアレイを用いて、中程度の解像度（約2 arcmin）と深さ（約10 mJy beam⁻¹）で北天を広域にわたってマッピングする、広帯域の電波連続スペクトルサーベイである。このサーベイにより、銀河系外および銀河系内源の詳細なスペクトル的解析が可能となり、初期データリリースではHBAで100 mJy以上、LBAで550 mJy以上の領域で高い完全性を示し、1.3 rad m⁻²のbeam幅を有する回折限界の偏光校正とRM回復が正確に行われていることが確認された。

ABSTRACT

We present the Multifrequency Snapshot Sky Survey (MSSS), the first northern-sky LOFAR imaging survey. In this introductory paper, we first describe in detail the motivation and design of the survey. Compared to previous radio surveys, MSSS is exceptional due to its intrinsic multifrequency nature providing information about the spectral properties of the detected sources over more than two octaves (from 30 to 160 MHz). The broadband frequency coverage, together with the fast survey speed generated by LOFAR's multibeaming capabilities, make MSSS the first survey of the sort anticipated to be carried out with the forthcoming Square Kilometre Array (SKA). Two of the sixteen frequency bands included in the survey were chosen to exactly overlap the frequency coverage of large-area Very Large Array (VLA) and Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) surveys at 74 MHz and 151 MHz respectively. The survey performance is illustrated within the "MSSS Verification Field" (MVF), a region of 100 square degrees centered at J2000 (RA,Dec)=(15h,69deg). The MSSS results from the MVF are compared with previous radio survey catalogs. We assess the flux and astrometric uncertainties in the catalog, as well as the completeness and reliability considering our source finding strategy. We determine the 90% completeness levels within the MVF to be 100 mJy at 135 MHz with 108" resolution, and 550 mJy at 50 MHz with 166" resolution. Images and catalogs for the full survey, expected to contain 150,000-200,000 sources, will be released to a public web server. We outline the plans for the ongoing production of the final survey products, and the ultimate public release of images and source catalogs.

研究の動機と目的

• LOFARのハイ・バンドアレイおよびロウ・バンドアレイを用いて、北天の包括的で多周波数の電波連続スペクトルサーベイを構築すること。
• 将来の深紫外LOFARサーベイにおける校正の基準となるソースカタログを確立すること。
• 銀河系外および銀河系内の明るい電波源、特に銀河団、AGN、星形成銀河のスペクトル的および偏光的解析を可能にすること。
• 銀河系および銀河系外源における低周波数偏光測定と回転測定（RM）回復の実現可能性を評価すること。
• 高忠実度と完全性を備えた代表的な100平方度のフィールドをカバーする初期データリリースを提供すること。

提案手法

• ハイ・バンドアレイ（110–190 MHz）で8周波数帯、ロウ・バンドアレイ（30–80 MHz）で8周波数帯にわたるスナップショット観測を実施し、LOFARの広帯域特性を活用すること。
• 特にロウ・バンドアレイのデータにおいて重要な、電離圏および機器的影響を補正するための多方向校正を適用すること。
• 回転測定スプレッド関数（RMSF）を用いてファラデー深度回復の正確性を評価し、メインローブ幅を約1.3 rad m⁻²とする。
• 既存のサーベイとソース位置および放射度を照合することで、放射度スケールの正確性と完全性を検証すること。
• 検証フィールドにおける角分解能を約108 arcsec（HBA）および約166 arcsec（LBA）とする、頑健なイメージング技術を用いること。
• 既知の偏光源の検出を通じて偏光性能を検証し、パルサーPSR J0218+4232およびファン領域の偏光放射の検出を実施すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近接する星形成銀河のスペクトル的挙動は何か？ 低周波数帯でスペクトルの折り返し（turnover）を示すか？
• RQ2 銀河団内の拡散放射（例：ハロウ）は、低周波数電波帯で検出され、特徴づけられるか？
• RQ3 巨大電波ハローおよびリリーフ（GRHsおよびGRRs）の出現頻度と性質は何か？ また、新たな例の発見は可能か？
• RQ4 LOFARマルチ周波数スナップショット天球サーベイは、銀河系および銀河系外源からの回転測定と偏光放射をどれほど正確に回復できるか？
• RQ5 HBAおよびLBA周波数帯域において、初期MSSSデータリリースの完全性と放射度の正確性はどの程度か？

主な発見

• MSSSの検証フィールドは、ハイ・バンドアレイ（HBA）で100 mJy以上、角分解能108 arcsecの条件下で90%の完全性を達成している。
• サーベイはロウ・バンドアレイ（LBA）で550 mJy以上、分解能166 arcsecの条件下で90%の完全性を達成している。
• MSSSのソース位置および放射度は、既存の電波サーベイと良好に一致しているが、わずかな放射度スケールのオフセットが存在し、さらなる確認が必要である。
• 回転測定スプレッド関数（RMSF）のメインローブ幅は約1.3 rad m⁻²であり、小さなファラデー深度の高忠実度回復を可能としている。
• 銀河系のファン領域からの偏光放射が、以前のWSRT観測と一致する形で正常に検出された。
• 非常に偏光度の高いパルサーPSR J0218+4232が、電離圏の回転を補正した上で、既知のファラデー深度-61 rad m⁻²で検出され、MSSSの偏光校正の正確性が確認された。