[논문 리뷰] A new HST/Herschel deep field at the North Ecliptic Pole: preparing the way for JWST, SPICA and Euclid

S. Serjeant, V. Buat외 23명|arXiv (Cornell University)|2012. 09. 17.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 향후 천체망원경인 제임스 웹 우주망원경(JWST), 스피카(SPICA), 유클리드(Euclid)를 고려해 북천경면극(NEP)에서 다중 파장에 걸친 협동 조사 계획을 제안한다. 약 10 제곱arcmin² 영역에서 수행되는 깊은 허블 우주망원경(HST)의 자외선/광학 조사와 100 제곱arcmin² 이상의 광역 HST 조사, 그리고 협동된 허셀 위성의 스피어(SPIRE)/팩스(PACS) 밀리미터파 맵핑을 융합함으로써, 우주의 시간에 걸쳐 은하 진화, 활성은하핵(AGN) 먼지 방출, 복귀 기준 중간적외선 특징에 대한 비견할 수 없는 연구가 가능해진다.

ABSTRACT

We propose a co-ordinated multi-observatory survey at the North Ecliptic Pole. This field is the natural extragalactic deep field location for most space observatories (e.g. containing the deepest Planck, WISE and eROSITA data), is in the continuous viewing zones for e.g. Herschel, HST, JWST, and is a natural high-visibility field for the L2 halo orbit of SPICA with deep and wide-field legacy surveys already planned. The field is also a likely deep survey location for the forthcoming Euclid mission. It is already a multi-wavelength legacy field in its own right (e.g. AKARI, LOFAR, SCUBA-2): the outstanding and unparalleled continuous mid-IR photometric coverage in this field and nowhere else enables a wide range of galaxy evolution diagnostics unachievable in any other survey field, by spanning the wavelengths of redshifted PAH and silicate features and the peak energy output of AGN hot dust. We argue from the science needs of Euclid and JWST, and from the comparative multiwavelength depths, that the logical approach is (1) a deep (H-UDF) UV/optical tile in the NEP over ~10 square arcminutes, and (2) an overlapping wide-field UV/optical HST survey tier covering >100 square arcminutes, with co-ordinated submm SPIRE mapping up to or beyond the submm point source confusion limit over a wider area and PACS data over the shallower HST tier.

연구 동기 및 목표

• 향후 천체망원경인 JWST, SPICA, 유클리드와 같은 관측소를 위해 북천경면극을 최고의 깊은 외성간 천체 영역으로 확립하기 위해.
• L2 궤도를 도는 천체망원경의 연속 관측 구역에 위치한 북천경면극의 고유한 위치를 활용하여 장기간에 걸친 불연속적인 관측을 보장하기 위해.
• 기존 조사(예: AKARI, WISE, 허셀)로부터의 놀라운 중간적외선 광도 측정 데이터를 활용해 적색편이된 PAH 및 실리케이트 특징의 진단을 가능하게 하기 위해.
• 이러한 구성 요소의 피크 에너지 방출 범위를 적색편이에 따라 감안하여 은하 진화 및 AGN의 뜨거운 먼지 방출에 대한 고정밀 연구를 가능하게 하기 위해.
• 혼잡한 한계를 극복하기 위해 깊이 있는 HST 이미징과 광역 하이퍼스펙트럼 맵핑을 조합한 협동 다층 조사 전략을 제공하기 위해.

제안 방법

• 북천경면극에서 약 10 제곱arcmin² 영역에 깊은 HST 자외선/광학 '초초심층 영역(H-UDF)' 타일을 제안하여 고감도 은하 탐지에 기여하기 위해.
• 은하 집단의 통계적 연구를 가능하게 하기 위해 100 제곱arcmin² 이상의 광역 HST 조사 타일을 구현하기 위해.
• 허셀 위성의 스피어(SPIRE) 기구를 이용해 북천경면극을 250, 350, 500 μm에서 혼잡한 한계까지 또는 그 이상으로 협동된 밀리미터파 맵핑을 수행하기 위해.
• 넓은 HST 타일 전역에 걸쳐 얕은 패크스(PACS) 밀리미터파 데이터를 포함하여 광역 스펙트럼 커버리지와 소스 탐지 보장을 위해.
• AKARI, LOFAR, SCUBA-2, 플랑크(Planck), WISE, eROSITA 등의 기존 다중 파장 데이터를 통합하여 종합적인 유산 데이터셋을 구축하기 위해.
• L2 궤도의 연속 관측 구역에 위치한 북천경면극을 활용해 향후 임무인 JWST, SPICA, 유클리드의 관측 효율성을 극대화하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 북천경면극에서의 다중 파장 협동 조사는 JWST, SPICA, 유클리드의 과학적 요구를 얼마나 잘 충족시킬 수 있는가?
• RQ2 은하 진화 진단의 최적화를 위해 깊은 HST 이미징과 광역 이미징 사이의 최적의 균형은 무엇인가?
• RQ3 기존의 중간적외선 및 밀리미터파 데이터로 북천경면극에서 적색편이된 PAH 및 실리케이트 특징에 대한 고유한 연구를 얼마나 수행할 수 있는가?
• RQ4 북천경면극이 L2 궤도의 연속 관측 구역에 위치함으로써 향후 천체망원경의 가치를 어떻게 향상시키는가?
• RQ5 깊은 HST 이미징과 광역 밀리미터파 맵핑을 조합했을 때 소스 혼잡도와 소스 특성 분석에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 북천경면극은 어떤 외성간 영역보다도 깊고 연속적인 중간적외선 광도 측정 데이터를 보유하고 있어, 적색편이된 PAH 및 실리케이트 특징의 고유한 진단이 가능하다.
• 이 영역은 AKARI, LOFAR, SCUBA-2, 플랑크(Planck), WISE, eROSITA 등의 유산 데이터를 이미 보유하고 있어 자체적으로 다중 파장 유산 영역이 되고 있다.
• 제안된 깊은 H-UDF 타일(~10 arcmin²)과 광역 HST 타일(>100 arcmin²)은 은하 집단 연구를 위한 상호 보완적인 깊이와 다이내믹 레인지 제공한다.
• 혼잡한 한계까지 또는 그 이상으로 협동된 스피어 맵핑을 통해 밀리미터파 소스와 그 진화에 대한 신뢰성 있는 특성 분석이 가능해진다.
• 북천경면극이 L2의 연속 관측 구역에 위치함으로써 JWST, SPICA, 유클리드와 같은 향후 임무의 높은 관측 효율성을 보장한다.
• 깊은 광학 이미징과 광역 밀리미터파 맵핑의 조합은 우주의 시간에 걸쳐 AGN의 뜨거운 먼지 방출에 대한 고정밀 연구를 가능하게 한다.