[論文レビュー] The Scientific Impact of the Vera C. Rubin Observatory's Legacy Survey of Space and Time (LSST) for Solar System Science

Vera C. Rubin Observatory LSST Solar System Science Collaboration, R. Lynne Jones+19 more|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2020

Astro and Planetary Science被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、Vera C. Rubin観測所のスペースと時間のための歴史的調査（LSST）が、現在知られているものよりも10〜100倍多くの小惑星を発見することで、太陽系科学を画期的に変えると提言している。10年間の高頻度・マルチバンド画像撮影を用いて、10万個以上の近地小惑星と4万個以上の海王星外小惑星を発見する。LSSTの自動アラートシステムと高精度な天球測定により、迅速な発見と特徴の特定が可能となり、惑星科学とミッション計画のあり方が根本的に変化する。

ABSTRACT

Vera C. Rubin Observatory will be a key facility for small body science in planetary astronomy over the next decade. It will carry out the Legacy Survey of Space and Time (LSST), observing the sky repeatedly in u, g, r, i, z, and y over the course of ten years using a 6.5 m effective diameter telescope with a 9.6 square degree field of view, reaching approximately r = 24.5 mag (5-σ depth) per visit. The resulting dataset will provide extraordinary opportunities for both discovery and characterization of large numbers (10--100 times more than currently known) of small solar system bodies, furthering studies of planetary formation and evolution. This white paper summarizes some of the expected science from the ten years of LSST, and emphasizes that the planetary astronomy community should remain invested in the path of Rubin Observatory once the LSST is complete.

研究の動機と目的

• LSSTが太陽系科学に与える科学的影響、特に小惑星の発見と特徴の特定に与える影響を定量化すること。
• LSSTが、近地小惑星、海王星外小惑星、および衝入小惑星を含む、既知の小惑星の数を10〜100倍に増加させることを示すこと。
• 発見の大部分が調査の最初の数年間に集中するという事実を踏まえ、LSST太陽系科学分野における持続的な米国投資を、専用助成プログラムを通じて推進すること。
• LSSTと将来的な宇宙ミッション（例：Lucy、Psyche、Comet Interceptor）との連携を強調し、ミッションの標的発見と最適化を可能にすること。
• 科学コミュニティおよび資金提供機関に対し、LSST後の調査計画と延長運用を優先的に検討するよう促すこと。これにより、長期的な科学的リターンを最大化できる。

提案手法

• u、g、r、i、z、yバンドで10年間の調査を実施する、口径6.5mのLSST望遠鏡と9.6平方度の視野を活用し、1回の観測でr ≈ 24.5 magの5σ感度を達成する。
• 移動天体処理システム（MOPS）を用いて、複数回の観測間で移動天体を検出し、リンクする。3日以内に少なくとも3夜分の観測が得られた天体に対しては、99％以上のリンク効率と95％以上の検出効率を達成する。
• 画像取得後60秒以内に、一時的および尾を引く天体の検出を自動アラートとして配信する。これにより、地上および宇宙望遠鏡施設による迅速な追跡観測が可能になる。
• 系統的限界の天球測定（10 mas）と光度測定（0.01 mag）の精度を活用し、天体の軌道、色、光曲線の高精度な特徴化を可能にする。
• 実際のモデル（例：Granvik et al. 2018；Petit et al. 2011）を用いたシミュレーションにより、太陽系内各天体集団の発見数を時間経過とともに予測し、完全性を評価する。
• LSSTの発見と将来的なミッション（例：ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡、ローマン宇宙望遠鏡、SPHEREx、Lucy、Psyche、Comet Interceptor）との連携を評価し、LSSTの発見をミッションの標的選定と観測計画に統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LSSTの10年間の調査期間中に、近地小惑星や海王星外小惑星を含む、新たに発見される太陽系小惑星の数はどれくらいか？
• RQ2 LSSTの高頻度・マルチバンド調査は、小惑星集団の色、光曲線、アリデューサスといった物理的性質を、大規模な集団に対してどの程度特徴づけることができるか？
• RQ3 LSSTの発見は、Lucy、Psyche、Comet Interceptorといった将来的な宇宙ミッションの科学的成果をどの程度支援・強化するか？
• RQ4 LSSTは、サイズ分布や形成背景を含めた、衝入小惑星の検出と研究にどのような影響を与えるか？
• RQ5 LSST太陽系科学分野における米国の投資が遅れると、どのようなリスクが生じるか？資金メカニズムはどのように設計すれば、最大の科学的リターンを達成できるか？

主な発見

• LSSTは、現在の約23,000個の既知の近地小惑星を4〜5倍に増加させる予測で、約10万個の近地小惑星を発見すると予想される。
• 主小惑星帯小惑星の発見数は約500万個に達すると予想され、現在の約856,000個の6倍に上昇する。
• LSSTは、約28万個の木星トロイ小惑星と4万個の海王星外小惑星を発見すると予想され、これらの遠方天体集団の既知の数が大幅に拡大される。
• LSSTは10個以上の衝入小惑星を検出すると予測され、年間1個以上の発見レートを達成する。これにより、サイズ分布と物理的性質の統計的分析が可能になる。
• LSSTは、3日以内に少なくとも3夜分の観測が得られた天体に対して、95％の検出効率を達成し、すべての天体クラスで99％以上のリンク効率を実現する。
• LSSTの初期発見フェーズ（大多数の天体が最初の数年間に発見される）は、迅速な追跡観測とミッション計画の実施に不可欠な期間であり、早期の投資と準備が不可欠である。