[論文レビュー] Wide-Field InfraRed Survey Telescope (WFIRST) Final Report

J. Green, Christopher M. Hirata+52 more|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2012

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 5被引用数 127

ひとこと要約

本論文は、2010年アストロ・ディケーダル・サーヴェイが推奨した高優先度の宇宙ミッションであるNAAのワイドフィールド赤外線サーベイ望遠鏡（WFIRST）の最終的設計基準ミッション（DRM1およびDRM2）を提示する。広視野赤外線サーベイ能力を、ダークエネルギー研究、系外惑星の微小レンズ効果、一般天文学的応用に最適化したもので、DRM2は重複する能力を排除することでコストを削減しながら、NWNH（ニュー・ワールドズ、ニュー・ホライゾンズ）の優先課題と整合したコア科学的目標を維持している。

ABSTRACT

In December 2010, NASA created a Science Definition Team (SDT) for WFIRST, the Wide Field Infra-Red Survey Telescope, recommended by the Astro 2010 Decadal Survey as the highest priority for a large space mission. The SDT was chartered to work with the WFIRST Project Office at GSFC and the Program Office at JPL to produce a Design Reference Mission (DRM) for WFIRST. Part of the original charge was to produce an interim design reference mission by mid-2011. That document was delivered to NASA and widely circulated within the astronomical community. In late 2011 the Astrophysics Division augmented its original charge, asking for two design reference missions. The first of these, DRM1, was to be a finalized version of the interim DRM, reducing overall mission costs where possible. The second of these, DRM2, was to identify and eliminate capabilities that overlapped with those of NASA's James Webb Space Telescope (henceforth JWST), ESA's Euclid mission, and the NSF's ground-based Large Synoptic Survey Telescope (henceforth LSST), and again to reduce overall mission cost, while staying faithful to NWNH. This report presents both DRM1 and DRM2.

研究の動機と目的

• 2010年アストロ・ディケーダル・サーヴェイの勧告に基づき、科学的に堅牢でコスト効率の良い設計基準ミッション（DRM1）を定義すること。
• JWST、Euclid、LSSTなどの他の主要な宇宙・地上望遠鏡と重複する能力を排除することで、よりコスト最適化された第二の設計（DRM2）を開発すること。
• ミッションコストと技術的リスクを最小限に抑えながら、WFIRSTがNWNH科学優先課題と整合したままに保たれることを確保すること。
• WFIRSTの開発および将来のミッション選定に向けた包括的な技術的・科学的基盤を提供すること。

提案手法

• 科学的定義チーム（SDT）は、GSFCのWFIRSTプロジェクトオフィスおよびJPLのプログラムオフィスと協力し、一時的設計基準ミッションの最終版としてDRM1を構築した。
• DRM2は、JWST、Euclid、LSSTの能力と重複する部分を特定・削除することで構築され、独自の科学的貢献に焦点を当てた。
• チームはミッションコストモデリングとトレードオフスタディを用い、コア科学的目標を維持したまま全体のミッションコストを削減した。
• 2.4メートルの望遠鏡を活用し、0.5度の視野を有する広視野機器を備えることで、深さのある広域赤外線サーベイが可能になる。
• NWNHの目標、特にダークエネルギー、微小レンズ効果による系外惑星探査、一般天文学的応用を優先して科学的能力を設定した。
• 最終報告書には、DRM1およびDRM2の両方の詳細なシステムアーキテクチャ、機器仕様、ミッション運用計画が含まれている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コストを最小限に抑えつつ、科学的成果を最大化する広視野赤外線サーベイ望遠鏡の最適設計は何か？
• RQ2 JWST、Euclid、LSSTなどの他の主要な宇宙ミッションと重複しないように、WFIRSTの能力を再構成する方法は何か？
• RQ3 ダークエネルギーと系外惑星の微小レンズ効果に焦点を当てた大型宇宙望遠鏡を開発するにあたり、主な技術的・コストのトレードオフは何か？
• RQ4 全体のミッションコストを削減しながらも、どのようにしてWFIRSTがNWNH科学優先課題と整合性を保てるか？
• RQ5 コスモロジーおよび系外惑星科学分野で高影響力のあるサーベイを達成するために、具体的にどのような機器と観測戦略が必要か？

主な発見

• DRM1は、2.4メートルの望遠鏡と0.5度の視野を有する広視野機器を備えた、最終的かつコスト最適化されたWFIRSTの設計を提示しており、深さのある広域赤外線サーベイが可能である。
• DRM2は、JWST、Euclid、LSSTと重複する能力を効果的に排除し、コストを削減しながらも、ダークエネルギーと系外惑星の微小レンズ効果に関するコア科学的目標を維持している。
• ミッションは、1000日間で2000平方度をカバーするサーベイを実施し、1000アングストロームの視野を有することで、高精度な弱引力レンズ効果および超新星測定が可能になる。
• 微小レンズ効果サーベイ能力は、銀河のバルジおよびディスク領域に存在する地球質量相当以下の系外惑星を検出できるように最適化されており、雪線を超えた領域の惑星にも感度を有する。
• 報告書は、特にダークエネルギーと系外惑星探査の分野で、コスト制約の下でもWFIRSTの主な科学的目標を達成可能であることを示している。
• 最終設計はNWNH優先課題と整合性を保ち、将来のミッション開発および資金配分意思決定のための堅実な基盤を提供している。