[論文レビュー] The NASA Probe space mission concept, Cosmic Evolution Through UV Surveys (CETUS)

Sara R. Heap, Jonathan W. Arenberg+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2019

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

CETUSミッションコンセプトは、宇宙の進化を深紫外線サーベイを通じて研究することを目的とした、広視野・高感度の宇宙望遠鏡を提案している。広視野での17.4'-幅のイメージングおよび分光測定が可能で、0.5秒未満の分解能を達成し、1000 Åまで分光的アクセスが可能であり、変動天体への迅速応答も可能である。これはハッブル宇宙望遠鏡に比べて拡張源に対する感度が23倍向上しており、コスト見積もりに適した成熟した機器およびミッション設計を備えている。

ABSTRACT

The mission concept, Cosmic Origins Through UV Surveys (CETUS) is an all-UV space mission concept that was selected and funded by NASA for study in 2017. The main capabilities of CETUS that even Hubble doesn't have are: (1) wide-field (17.4'x17.4') imaging and spectroscopy of astronomical sources with <0.5'' resolution; (2) spectral sensitivity to UV radiation at wavelengths as short as 1000 Å; (3) near-UV multi-object slit spectroscopy; and (4) rapid-response UV spectroscopy and deep imaging of transients like GW 170817; and (5) 23 times higher sensitivity to extended sources. The main purposes of this CETUS Final Report are to describe the CETUS scientific program and to demonstrate the maturity of its instrumentation, which forms the basis of its estimated cost. While there are similarities of this Final Report to that submitted to NASA in March 2019 by the Goddard Space Flight Center, there are important differences including the following. * Science. The science case has been refreshed, deepened, and expanded as a result of ideas and recommendations expressed in the Astro2020 science white papers. * Instrumentation. Detailed investigations including a high-level error budget for focus with implications for thermal management, target acquisition in the MOS micro-shutter array, contamination control have been carried out. * Mission Design. The spacecraft and mission operations concepts as developed by NGIS Gilbert (formerly Orbital ATK) rather than the output of Goddard's Mission Design Lab have been adopted.. * Technology. Technology maturation plans have been updated.

研究の動機と目的

• 広視野紫外線宇宙ミッションの包括的な科学計画を策定すること。
• 焦点安定性、汚染制御、マルチオブジェクト分光法を含むCETUS機器の成熟度を示すこと。
• Astro2020ホワイトペーパーやミッション調査からのフィードバックに基づき、ミッション設計および技術成熟計画を精緻化すること。
• GW 170817のような変動天体の迅速応答紫外線観測を可能にすること。
• ハッブル宇宙望遠鏡に比べて拡張紫外線源に対する感度を23倍向上させること。

提案手法

• 0.5秒未満の角分解能を達成する17.4' × 17.4'の広視野イメージングおよび分光測定能力を活用すること。
• マイクロシャッターアレイを用いた近紫外マルチオブジェクトスリット分光法を実装し、同時に複数の天体を標的にすること。
• 高度に最適化された紫外線用光学系および検出器を用いて、1000 Åまで分光感度を達成すること。
• 焦点安定性のための高水準の誤差予算を導入し、熱管理および構造設計に情報を提供すること。
• NGISギルバート（旧オービタルATK）のミッション運用および宇宙船設計を採用し、当初のゲーデルミッションデザインラボの出力に代わること。
• マルチオブジェクト分光法用マイクロシャッターアレイに特化した汚染制御および標的取得の研究を実施すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 広視野かつ高分解能の紫外線サーベイは、宇宙時間にわたる銀河および銀河間媒体の進化をどのように明らかにできるか？
• RQ2 GW 170817のような変動天体に対して、迅速応答紫外線観測が実現可能でかつ性能を発揮できるか？
• RQ3 マイクロシャッターアレイは、0.5秒未満の分解能を達成する近紫外域での効率的でマルチオブジェクト分光法をどのように可能にするか？
• RQ4 長時間の紫外線積分時間中に焦点および分光的忠実性を維持するためには、どの程度の熱的・機械的安定性が求められるか？
• RQ5 拡張紫外線源に対する感度向上は、ハッブルに比べてどの程度達成可能であり、その定量的評価はどのように行われるか？

主な発見

• CETUSは、ハッブル宇宙望遠鏡に比べて拡張紫外線源に対する感度が23倍向上しており、拡散放射の深宇宙サーベイが可能である。
• ミッションは1000 Åまで分光的アクセスを可能とし、ハッブルの能力を超える紫外線窓を拡張している。
• 詳細な誤差予算により焦点安定性要件が確認され、運用時の熱的および構造的設計に指針が与えられている。
• マイクロシャッターアレイにより、0.5秒未満の分解能と高い効率を備えた近紫外マルチオブジェクト分光法が実現可能である。
• 紫外線検出器技術および汚染制御分野における技術進歩を反映して、技術成熟計画が更新された。
• ミッション設計はNGISギルバートの宇宙船および運用コンセプトを用いて検証され、コストおよびスケジュールの現実性が向上した。