[論文レビュー] The Zwicky Transient Facility

Eric C. Bellm|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 2014

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 2被引用数 34

ひとこと要約

Zwicky Transient Facility (ZTF) は、パロマル48インチ望遠鏡に47 deg²のカメラを搭載する次世代の光学時域サーベイを提案し、前人未到の10倍の高速なサーベイサイクルを実現する。最適化された視野、低減されたオーバーヘッド、および向上した像質により、体積的サーベイ速度（$\dot{V}$）を最大化することで、若年性の高いIa型超新星やオーパン後光など、高速で稀少な遷移的天体の検出が可能となり、1晩に1回の超新星検出が可能となる。

ABSTRACT

The Zwicky Transient Facility (ZTF) is a next-generation optical synoptic survey that builds on the experience and infrastructure of the Palomar Transient Factory (PTF). Using a new 47 deg$^2$ survey camera, ZTF will survey more than an order of magnitude faster than PTF to discover rare transients and variables. I describe the survey and the camera design. Searches for young supernovae, fast transients, counterparts to gravitational-wave detections, and rare variables will benefit from ZTF's high cadence, wide area survey.

研究の動機と目的

• 若年性の高い超新星や潮汐破壊現象などの高速変動型遷移的天体を系統的に検出するための、高サイクル・ワイドエリアサーベイの科学的ニーズに対応する。
• PTF, CRTS, Pan-STARRS1 などの既存サーベイが、高速減光型遷移的天体を系統的に研究するのに十分な面積カバレッジやサイクルを欠いているという制限を克服する。
• 体積的サーベイ速度（$\dot{V}$）を最大化することで、爆発的天体のサーベイ性能を最適化する。$\dot{V}$ は、深さ、サイクル、天の川カバレッジを統合した指標である。
• 1年間に1フィールドあたり290回の露光を達成することで、超新星の前身天体や遷移的天体集団の系統的調査を可能にする。これはPTFの19回に比べ15倍の増加である。
• 重力波対応天体の追跡を支援する。広範囲で局在精度が低い誤差領域を素早く走査し、微弱で急速に減光する光学的対応天体を検出する。

提案手法

• 15 μmピクセルを有する16枚のe2v 6k×6k CCDを用いた新規47 deg²の焦点面カメラを設計し、1ピクセルあたり1”のサンプリングと、全視野にわたり2.0” FWHMの像質を達成する。
• ゼロパワーのフィールドフラットネーリングレンズと、各CCDごとの個別フィールドフラッターを備えた新規光学系を実装し、残存する曲率を補正することで、全視野にわたり像質を維持する。
• 露光間のオーバーヘッドを15秒に低減するため、高速リードアウト電子回路（1 MHzで10秒のリードタイム）を採用し、$\dot{V}$ を最大化する最適な30秒露光を実現する。
• コンactなデュア設計により質量を低減し、望遠鏡ビームの遮断を最小限に抑え、マルチバンド光度測定を可能にする交換式またはコーティング済みフィルターをサポートする。
• PTF/iPTFのソフトウェアおよびデータパイプラインインfraを活用し、即時の遷移的天体検出と追跡を実現する。
• 体積的サーベイ速度（$\dot{V}$）を最大化するように、サーベイサイクルと露光時間を最適化する。$\dot{V}$ は、絶対等級 $M = -19$ の天体が5σで検出可能な空間的体積を、単位時間あたりに定義される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ワイドフィールドで高サイクルのカメラを用いた場合、得られる最大の体積的サーベイ速度（$\dot{V}$）は何か？ また、視野とオーバーヘッドにどのように依存するか？
• RQ2 ZTFのサーベイサイクルを用いて、1晩に1回の超新星が爆発後24時間以内に検出可能になるのは何例か？
• RQ3 ZTFは、PTF11aggに類似した高速減光型遷移的天体を顕著に検出可能か？ また、その発生率や性質に関する制約をどの程度得られるか？
• RQ4 二つの中性子星の合体に起因する重力波イベントの電磁的対応天体の予想検出率は、ZTFのサーベイ速度と天の川カバレッジを考慮してどの程度か？
• RQ5 CRTSなどの既存サーベイと比較して、ZTFは北天の光度変動カタログをどの程度改善できるか？

主な発見

• ZTFは、視野が6.5倍大きく、オーバーヘッドが3.5倍短いため、サーベイ速度が3,760 deg²/hrに達し、PTFの247 deg²/hrに比べ15倍速くなった。
• 30秒露光と15秒のオーバーヘッドを実現した結果、Rバンドで全47 deg²の視野にわたり、中央像質が2.0” FWHMに保たれ、PTFと同等の性能を達成した。
• ZTFは、3πの空域において1年間に1フィールドあたり290回の露光を達成するが、これはPTFの19回に比べ15倍の増加であり、時域サンプリングが大幅に向上した。
• ZTFの高サイクルと広範囲カバレッジのおかげで、1晩に1回のIa型超新星が爆発後24時間以内に検出可能である。
• ZTFは、1年間に20例以上のPTF11aggに類似した高速減光型遷移的天体を検出可能であり、相対論的ジェットやガンマバーストのジェット開口角に関する制約を可能にする。
• ZTFのサーベイ速度は、既存の高速遷移的天体の面積露光限界を10倍以上上回り、1週間未満でこのようなイベントを検出可能である。