[논문 리뷰] CCAT-prime: Science with an Ultra-widefield Submillimeter Observatory at Cerro Chajnantor

G. J. Stacey, Manuel Aravena외 38명|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 11.

Superconducting and THz Device Technology참고 문헌 56인용 수 15

한 줄 요약

CCAT-prime는 칠레 케로 차안타르에 초광시야의 마이크로파 망원경을 설계하여 재이온화 시대부터 현재까지 별과 은하 형성, 간성 구조 성장, B-모드 CMB 편광, 그리고 간성간 매질을 연구한다. Prime-Cam(광역 볼로메터 이미저/스펙로미터)과 CHAI(다중 비트 터보혼합 스펙로미터)를 사용하여 고고도의 우수한 표면 정밀도와 낮은 시스템 방사율을 바탕으로 200–2000 µm 범위에서 깊고 광역의 조사가 가능하며, 2021년 봄 첫 빛을 목표로 한다.

ABSTRACT

We present the detailed science case, and brief descriptions of the telescope design, site, and first light instrument plans for a new ultra-wide field submillimeter observatory, CCAT-prime, that we are constructing at a 5600 m elevation site on Cerro Chajnantor in northern Chile. Our science goals are to study star and galaxy formation from the epoch of reionization to the present, investigate the growth of structure in the Universe, improve the precision of B-mode CMB measurements, and investigate the interstellar medium and star formation in the Galaxy and nearby galaxies through spectroscopic, polarimetric, and broadband surveys at wavelengths from 200 um to 2 mm. These goals are realized with our two first light instruments, a large field-of-view (FoV) bolometer-based imager called Prime-Cam (that has both camera and an imaging spectrometer modules), and a multi-beam submillimeter heterodyne spectrometer, CHAI. CCAT-prime will have very high surface accuracy and very low system emissivity, so that combined with its wide FoV at the unsurpassed CCAT site our telescope/instrumentation combination is ideally suited to pursue this science. The CCAT-prime telescope is being designed and built by Vertex Antennentechnik GmbH. We expect to achieve first light in the spring of 2021.

연구 동기 및 목표

• 재이온화 시대부터 현재까지 우주의 시간에 따라 별과 은하 형성의 원리를 탐구한다.
• 깊은 마이크로파 조사로 우주의 대규모 구조 성장을 탐색한다.
• 광역, 고감도 관측을 통해 B-모드 CMB 측정의 정밀도를 향상시킨다.
• 스펙트로스코픽, 편광, 밴드폭 조사로 밀레니엄 은하계와 근접 은하계의 간성간 매질과 별 형성 과정을 연구한다.

제안 방법

• 5600m 고도의 케로 차안타르 현장에 매우 높은 표면 정밀도와 낮은 시스템 방사율을 지닌 10m 지름의 망원경을 설치한다.
• 광역 볼로메터 기반 이미저인 Prime-Cam을 장착하여 카메라 및 이미징 스펙트로미터 모듈을 함께 구현한다.
• 고해상도 스펙트럼선 조사를 위한 다중 비트 마이크로파 터보혼합 스펙트로미터인 CHAI를 통합한다.
• 마이크로파 관측을 위해 우수한 대기 투과도와 낮은 수증기 농도를 지닌 현장을 활용한다.
• 200–2000 µm 범위에서 고효율, 광역 조사를 위한 망원경과 기구를 설계한다.
• 2021년 봄 첫 빛을 달성하며 깊고 광역의 이미징 및 스펙트럼 조사를 중심으로 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 재이온화 시대부터 현재까지 은하와 별은 어떻게 형성되고 진화하는가?
• RQ2 마이크로파 소스로 추적된 천체 구조 성장에서 다크 매터와 다크 에너지는 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 고감도, 광역 마이크로파 조사로 B-모드 CMB 측정의 정밀도를 향상시켜 초기 우주의 중력파를 탐색할 수 있는가?
• RQ4 은하계와 근접 은하계의 간성간 매질에서 물리적 조건은 별 형성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• CCAT-prime는 2021년 봄 첫 빛을 목표로 하여, 예상치 못한 민감도로 광역 마이크로파 조사를 시작한다.
• 망원경의 높은 표면 정밀도와 낮은 시스템 방사율이 마이크로파 영역에서 최적의 성능을 가능하게 한다.
• Prime-Cam은 깊은 조사를 위해 넓은 시야각과 함께 이미징 및 스펙트럼 기능을 제공한다.
• CHAI는 분자의 가스와 별 형성 연구에 필수적인 고해상도, 다중 비트 스펙트럼선 관측을 가능하게 한다.
• 관측소는 초기 우주와 현재 우주에서의 핵심 천체물리 현상을 목표로 200–2000 µm 범위의 조사에 최적화되어 있다.
• 케로 차안타르 현장은 대기 투과도가 뛰어나 대기 투과 손실을 최소화하고 장시간 통합을 가능하게 한다.