[論文レビュー] The Synoptic All-Sky Infrared (SASIR) Survey

J. S. Bloom, J. X. Prochaska+43 more|ArXiv.org|May 13, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

Synoptic All-Sky Infrared (SASIR) Survey は、メキシコのサンペドロマルティール観測所に新設される6.5メートル望遠鏡を用いて、4〜5年間の専用全天空赤外線調査を提案する。北緯δ = −30°以上の空域を、同時にY、J、H、Kバンドのマルチカラー撮影で全天空をカバーする。2MASSに比べ100倍以上深い感度を実現し、高赤方偏移クェーサー（z ∼7–10）を数千個発見し、微弱な褐色矮星をマップし、可変天体や瞬時現象に関する画期的な時空間的研究を可能にする。

ABSTRACT

We are proposing to conduct a multicolor, synoptic infrared (IR) imaging survey of the Northern sky with a new, dedicated 6.5-meter telescope at San Pedro Mártir (SPM) Observatory. This initiative is being developed in partnership with astronomy institutions in Mexico and the University of California. The 4-year, dedicated survey, planned to begin in 2017, will reach more than 100 times deeper than 2MASS. The Synoptic All-Sky Infrared (SASIR) Survey will reveal the missing sample of faint red dwarf stars in the local solar neighborhood, and the unprecedented sensitivity over such a wide field will result in the discovery of thousands of z ~ 7 quasars (and reaching to z > 10), allowing detailed study (in concert with JWST and Giant Segmented Mirror Telescopes) of the timing and the origin(s) of reionization. As a time-domain survey, SASIR will reveal the dynamic infrared universe, opening new phase space for discovery. Synoptic observations of over 10^6 supernovae and variable stars will provide better distance measures than optical studies alone. SASIR also provides significant synergy with other major Astro2010 facilities, improving the overall scientific return of community investments. Compared to optical-only measurements, IR colors vastly improve photometric redshifts to z ~ 4, enhancing dark energy and dark matter surveys based on weak lensing and baryon oscillations. The wide field and ToO capabilities will enable a connection of the gravitational wave and neutrino universe - with events otherwise poorly localized on the sky - to transient electromagnetic phenomena.

研究の動機と目的

• 北半球および南半球のδ = −30°以上の空域を、深さのある広域マルチカラー（Y、J、H、K）撮影で、初めて統合的で全天空にわたる赤外線調査を実施すること。
• 太陽系近傍に存在する、微弱で冷たい褐色矮星（効果的温度600 K未満を含む）の欠落している集団を検出し、特徴づけること。
• 高赤方偏移クェーサー（z ∼7–10）を数千個発見し、再イオン化時代および初期銀河形成の研究に寄与すること。
• 赤外線領域における可変星、超新星、および一時的現象の時空間的研究を可能にし、距離測定精度と動的範囲を向上させること。
• JWST や LSST、重力波検出器といった将来の施設と連携し、一時的現象の正確な電磁的追跡を可能にすること。

提案手法

• マゼラン/MMT設計に基づく新規専用6.5メートル望遠鏡を、メキシコのサンペドロマルティール観測所に設置し、1度以上の広視野で高品質な画像を提供すること。
• 4つの焦点面に配置された124 × 2k × 2k HgCdTe ディテクタアレイを用いた広視野赤外線カメラを装備し、有効焦点比f/2.5とする。
• 屈折プリズムを用いたマルチフィルター方式により、近赤外線スペクトル全域で同時にマルチカラー撮影を可能にする。
• 2MASS よりも1,000倍以上、VISTA よりも10倍以上大きなエトゥエンデュ（光束積）を達成し、深さのある広域調査を可能にする。
• 熱放射を最小限に抑えて検出器性能を維持するため、高度な冷却システムと熱制御を導入する。
• 段階的公開を実施するデータパイプラインおよびアーカイブシステムを整備し、少なくとも毎日1回の変動天体アラートを提供する。米国およびメキシコで管理される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽系近傍に存在する、最も微弱で冷たい褐色矮星（Teff < 600 K）の真の空間密度および温度分布は何か？
• RQ2 深さのある全天空赤外線調査で、高赤方偏移クェーサー（z ∼7–10）はどれくらい検出可能であり、再イオン化の始まりに関する何を明らかにするか？
• RQ3 超新星や可変星を含む、赤外線領域の変動現象の動的範囲および変動シグネチャは、全天空にわたってどのように変化するか？
• RQ4 赤外線光度赤方偏移は、光学のみの手法に比べ、弱引力レンズ効果およびバリオン音響振動測定をどのように改善するか？
• RQ5 赤外線統合的調査は、重力波およびニュートリノの一時的現象のより正確な局所化と追跡を可能にするか？

主な発見

• SASIR 調査は、近赤外線領域で2MASSに比べ100倍以上深い感度に達すると予想され、検出可能な体積が100万倍以上に拡大される。
• 調査は数千個のz ∼7 クェーサーを発見し、z > 10 の天体にまで到達可能となる。これにより、初期宇宙の再イオン化時代の詳細な研究が可能になる。
• 微弱で冷たい褐色矮星（Teff ≈ 200–600 K）の欠落している集団が明らかにされ、質量が2〜5木星質量程度の天体も含まれる。
• 124 × 2k × 2k の赤外線アレイシステムは、これまでに構築された最大の赤外線イメージャーとなる。これにより、高感度で全天空カバーが可能になる。
• 1日あたり約TBのデータレートが想定され、SPMでの継続的アップグレードにより管理可能であり、段階的公開と少なくとも毎日の変動天体アラートが実施される。
• プロジェクトの費用見積もりは2815万米ドル（米国負担分）であり、主鏡はすでに資金調達済みで、概念設計が完了した段階のpre-phase A段階に位置している。