[論文レビュー] The Prime Focus Spectrograph Galaxy Evolution Survey

Jenny E. Greene, Rachel Bezanson+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 22

ひとこと要約

この論文は、Subaru PFS の Prime Focus Spectrograph Galaxy Evolution（GE）サーベイの設計と科学目標を概説し、サンプル、戦略、z~7 から z~0.7–6 までの銀河進化、宇宙網のマッピング、IGM トモグラフィーへの貢献を詳述する。

ABSTRACT

We present the Prime Focus Spectrograph (PFS) Galaxy Evolution pillar of the 360-night PFS Subaru Strategic Program. This 130-night program will capitalize on the wide wavelength coverage and massive multiplexing capabilities of PFS to study the evolution of typical galaxies from cosmic dawn to the present. From Lyman alpha emitters at z~7 to probe reionization, drop-outs at z~3 to map the inter-galactic medium in absorption, and a continuum-selected sample at z~1.5, we will chart the physics of galaxy evolution within the evolving cosmic web. This article is dedicated to the memory of Olivier Le Fevre, who was an early advocate for the construction of PFS, and a key early member of the Galaxy Evolution Working Group.

研究の動機と目的

• 宇宙時代を通じた銀河進化の研究（z ≈ 0.7–7）と宇宙網との結びつきを追求する大規模で高密度の分光サーベイの動機づけ。
• PFS の広い波長範囲と高い多重化能力を活用し、ISM/CGM、星形成歴、環境効果を探る多サンプル GE プログラムを設計。
• HSC-SSP からの深いイメージングと将来施設との連携を活用して、再電離期から宇宙正午までの複数時代の大規模構造と IGM をマッピング。
• 銀河の性質（質量、SFR、金属量）がハローの組立と環境とどう関連するかを定量化し、組立偏りを含む銀河–ハロー接続モデルを検証。

提案手法

• PFS の機器とサーベイ設計を説明（2394 フiber、1.25 deg^2 フィールド、0.38–1.25 μm カバレッジ）。
• ターゲットサンプル（Continuum、IGM トモグラフィー、LBG、LAE、AGN-GE）を、指定した赤方偏移範囲と選択基準で定義・最適化。
• 深いイメージング（HSC-SSP）をターゲット選択に用い、Lyα トモグラフィーと SKA との組み合わせによる再電離研究を補完。
• 赤方偏移の完全性を達成し、星形成史・存在量・CGM 研究を可能にするため、タイプ別の露出時間割り当てを提供（2–12 時間）。
• モックカタログと感度仮定を用いて、SMHM 関係と組立偏りのクラスター信号・成果物を予測。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z~7 から z~0.7–1.7 にかけて、銀河とガスの分布は進化する宇宙網をどのように追跡するか？
• RQ2 z>1 における SMHM 関係の形状と進化、組立偏りの役割はどうなるか？
• RQ3 ガスの流入・流出（CGM/IGM）は宇宙時代とともにどう進化し、星形成史および AGN 活動とどう関連するか？
• RQ4 LAE と 21 cm 発射の相関を用いて再電離の拓本と歴史を制約できるか？
• RQ5 環境依存性は宇宙時代を通じた星形成、停止、金属性進化にどう影響するか？

主な発見

Type	Redshift range	Selection	Exp. Time	# of spectra
Continuum	0.7-2	y,J<22.8	2, 12	261, 14
IGM	2.1-3.5	y<24.3 , g<24.7	6, 12	30.3, 14
LBG	3.5-7	y<24.5	6	22
LAE	2.2, 5.7, 6.6	Lyα>3×10^42 erg s^-1	3, 6, 12	7.4, 4.5, 2.8
AGN-GE	0.5-6.0	various (see text)	1-5	4.2

• GE サーベイ設計は z~0.7–6 の半百万もの銀河スペクトルを可能にし、これまでにないサンプリング密度とスペクトルカバレッジを提供して銀河進化とその環境を研究する。
• 宇宙網の高忠実なマップ、z~2.1–2.5 の IGM トモグラフィー、z~6–7 の LAE ベースの再電離探査を可能にし、多時代の環境検証を提供。
• SMHM 関係と組立偏りに対する堅牢な制約を、z~4.5 までの高密度 3D クラスタリング測定を通じて見込む。
• 数十万の銀河に対して、詳細な星形成史・存在比・CGM/IGM 特性を回復する深い分光（最大 12 時間）を想定。
• PFS-GE は Euclid/Roman グリズム調査および MOONS を補完する位置づけであり、青色カバレッジと高い多重化能力を活かして IGM および CGM 研究を可能にする。