[論文レビュー] Unraveling the Universe with DESI

M. Vargas-Magaña, D. Brooks+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 6, 2019

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 6被引用数 10

ひとこと要約

DESIは、マヤール望遠鏡に搭載された5,000本のファイバー・ポジショナを用いて、14,000平方度の空域をスキャンし、赤方偏移0.05〜3.5の範囲で3,500万本の銀河およびクェーサーのスペクトルを測定する地上望遠鏡の分光的調査である。Baryonic Acoustic Oscillations（BAO）およびRedshift Space Distortions（RSD）を用いて、暗黒エネルギーを制約し、一般相対性理論の宇宙スケールでの逸脱を検証することを目的としており、初回データ公開は2021年1月に予定され、宇宙論的解析は2022年4月に予定されている。

ABSTRACT

The Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) is a stage IV ground-based dark energy experiment planned to begin operations in 2020. In this article, we provided a short review of DESI presented during the conference {\it Recontres de Moriond 2018}. DESI will use four different tracers for mapping the universe: from redshift 0.05 up to redshift 1.7 with galaxies and from 2.1 to 3.5 using quasars. DESI will measure a total of 35 million spectra covering regions of universe never explored before, providing a map of large scale structure that will enable major advances in the investigation of cosmic acceleration. The key science goals for DESI are to constrain dark energy and potential deviations of General Relativity using two complementary observables: the Baryonic Acoustic Oscillations (BAO) and the Redshift Space Distortions (RSD). Additional science goals, such as constraining the sum of neutrino masses and inflation, are expected with the baseline project. DESI installation started on February 2018 and the current construction of the instrument is on track. The imaging surveys that will serve to determine the targets are currently in the final stages, having achieved 80\% completion, and are expected to be finalized by the end of 2018. The DESI Collaboration is actively preparing for survey operations and science analysis, to be ready for the first light in January 2020.

研究の動機と目的

• 広い赤方偏移範囲にわたる銀河およびクェーサーの分光的赤方偏移を用いて、宇宙の大規模構造をマッピングすること。
• Baryonic Acoustic Oscillations（BAO）およびRedshift Space Distortions（RSD）の測定を通じて、暗黒エネルギーの性質を制約すること。
• 大規模構造クラスタリングを通じて、宇宙スケールにおける一般相対性理論からの逸脱の可能性を検証すること。
• 宇宙論的クラスタリング測定を用いて、ニュートリノ質量の合計および初期宇宙の物理学を調べること。
• 堅牢なターゲット選定、検証、シミュレーションフレームワークを備えた5年間の調査を準備すること。

提案手法

• マヤール望遠鏡に搭載されたロボット式5,000ファイバー焦点面を用いて、14,000平方度にわたる空域をカバーし、銀河およびクェーサーを標的とする。
• 8平方度の視野を有する新しい6レンズ広角コントローラを採用し、効率的なマルチオブジェクト分光測定を可能にする。
• 10台の熱的に制御された3チャンネル分光器を設置し、360–980 nmの波長域をカバーし、R = 2000–5500の分解能を実現。高精度な赤方偏移測定を最適化している。
• griバンドおよびgrzバンドの光度赤方偏移を用いて、Luminous Red Galaxies（LRGs）およびEmission Line Galaxies（ELGs）のターゲット選定を行い、4000 Åブレークおよび[OII]二重線を赤方偏移の確認に活用する。
• 色-色カットおよび発光線特徴を用いてクェーサーのターゲット選定を行い、赤方偏移z = 0.9–2.1の源を同定する。
• 2段階の調査戦略を採用：暗い時間帯にLRGs、ELGs、クェーサーを対象とし、明るい時間帯に明るいターゲットを対象とし、データ品質を保証するための検証フェーズを設ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河およびクェーサーのクラスタリングによって追跡される、赤方偏移0.05〜3.5の範囲における宇宙の膨張速度の正確な時間的変化は何か？
• RQ2 DESIは、暗黒エネルギーパラメータを制約するために、Baryonic Acoustic Oscillation（BAO）スケールをどの程度正確に測定できるか？
• RQ3 観測されたRedshift Space Distortions（RSD）は、一般相対性理論の予測からどの程度逸脱しているか？
• RQ4 DESIデータの大きなスケール構造クラスタリングを用いて、ニュートリノ質量の合計にどの程度の制約を課すことができるか？
• RQ5 光学的および近赤外色を用いて、LRGsおよびELGsの光度赤方偏移をどの程度正確にキャリブレーションできるか？

主な発見

• DESIは2020年1月に初光を予定しており、5年間で14,000平方度をカバーする全調査が予定されている。
• 2018年末時点で、ターゲット選定のための画像調査は80％完了しており、年内に最終化が予定されている。
• 2020年6月までのデータを含む初回データアセンブリは、2021年1月に公開予定である。
• 初回データ公開に基づく宇宙論的解析は、2022年4月に予定されている。
• 調査は3,500万本のスペクトルを測定する予定であり、そのうち400万本がLRGs、1,710万本がELGs、170万本がクェーサーであり、前例のない赤方偏移範囲をカバーする。
• データ品質と科学的準備を確保するため、科学的準備計画、調査検証計画、宇宙論的シミュレーション要件を含む包括的な計画を共同研究者が開発した。