[논문 리뷰] Enhancing LSST Science with Euclid Synergy

P. Capak, Jean‐Charles Cuillandre외 24명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 23.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 10인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 LSST와 유클리드 우주 망원경 간의 협력적 설문 전략을 제안하여, 지상 기반의 광학 이미징과 궤도 기반의 광학 및 적외선 이미징 및 분광법을 겹쳐 어둠성 에너지 및 은하수 과학을 크게 향상시킵니다. LSST의 10년 설문 시간 중 단 0.3–3.8%를 할애해 유클리드의 깊은 필드(코스모스, 엑스디에스, CDFS, 아카리 딥 필드 서)와 공동 관측함으로써 어둠성 에너지에 대한 천체론적 제약은 30–69% 향상되고, 은하수 허브 맵핑은 50% 더 넓은 영역에서 한 단계 향상됩니다.

ABSTRACT

This white paper is the result of the Tri-Agency Working Group (TAG) appointed to develop synergies between missions and is intended to clarify what LSST observations are needed in order to maximally enhance the combined science output of LSST and Euclid. To facilitate LSST planning we provide a range of possible LSST surveys with clear metrics based on the improvement in the Dark Energy figure of merit (FOM). To provide a quantifiable metric we present five survey options using only between 0.3 and 3.8% of the LSST 10 year survey. We also provide information so that the LSST DDF cadence can possibly be matched to those of \emph{Euclid} in common deep fields, SXDS, COSMOS, CDFS, and a proposed new LSST deep field (near the Akari Deep Field South). Co-coordination of observations from the Large Synoptic Survey Telescope (LSST) and Euclid will lead to a significant number of synergies. The combination of optical multi-band imaging from LSST with high resolution optical and near-infrared photometry and spectroscopy from \emph{Euclid} will not only improve constraints on Dark Energy, but provide a wealth of science on the Milky Way, local group, local large scale structure, and even on first galaxies during the epoch of reionization. A detailed paper has been published on the Dark Energy science case (Rhodes et al.) by a joint LSST/Euclid working group as well as a white paper describing LSST/Euclid/WFIRST synergies (Jain et al.), and we will briefly describe other science cases here. A companion white paper argues the general science case for an extension of the LSST footprint to the north at airmass < 1.8, and we support the white papers for southern extensions of the LSST survey.

연구 동기 및 목표

• LSST와 유클리드의 공동 데이터에서 과학적 성과를 극대화하는 협력적 설문 전략을 정의하기.
• 유클리드의 깊은 필드와 최적으로 겹치는 LSST 설문 옵션(미니 설문에서 딥 드릴링 필드에 이르기까지)을 특정하기.
• 공동 LSST-Euclid 관측으로 인한 어둠성 에너지의 도구 성과(FOM) 향상 정도를 정량화하기.
• 핵심 깊은 필드에서 LSST의 관측 주기와 유클리드의 주기를 일치시켜 고정밀도 광도 적색편이, 약한 렌즈링 및 분리 분석을 가능하게 하기.
• 상호보완성을 극대화하기 위해 설문 수정을 주장하기—예를 들어 LSST의 영역을 북쪽으로 확장하고, 딥 드릴링 필드를 아카리 딥 필드 서에 배치하기.

제안 방법

• 10년간의 LSST 설문 시간 중 0.3–3.8%를 사용하는 다섯 가지 순위 매겨진 LSST 설문 옵션을 제안하며, 각 필터별로 방문 횟수와 영역 커버리지를 명시합니다.
• 공동 LSST-Euclid 데이터에서의 향상 정도를 평가하기 위해 어둠성 에너지의 도구 성과(FOM)를 정량적 지표로 사용합니다.
• 유클리드의 깊은 필드(COSMOS, SXDS, CDFS, 아카리 딥 필드 서)와의 공조 관측을 위해 LSST의 주기와 유클리드의 관측 일정을 일치시킵니다.
• 단일 방문의 깊이보다는 방문의 균일성과 공통 축적 깊이를 우선시하며, 광학 체계 오차를 제어하기 위해 최소 5회 이상의 방문을 필터당 권장합니다.
• 이미지 품질, 천체배경 밝기, 공통 축적 깊이 등의 설문 제약 조건을 중요도 순으로 정렬하여 설문 설계를 안내하며, 공통 축적 깊이를 가장 높게 평가합니다.
• 영역 커버리지와 깊이 스케일링 기반으로 성능을 모델링하며, FOM은 겹침과 깊이가 증가할수록 향상됩니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LSST와 유클리드가 공동으로 어둠성 에너지 제약을 얼마나 향상시킬 수 있으며, 그 정도는 어느 정도인가요?
• RQ2 어떤 특정한 LSST 설문 구성(영역, 깊이, 주기)이 유클리드의 깊은 필드와 최대한의 상호보완성을 가지는가요?
• RQ3 코스모스 및 CDFS와 같은 공통 깊은 필드에서의 공동 관측이 광도 적색편이 정확도와 약한 렌즈링 측정치를 어떻게 향상시키나요?
• RQ4 LSST의 협력 설문에서 설문 영역, 공통 축적 깊이, 방문 횟수 사이의 최적의 트레이드오프는 무엇인가요?
• RQ5 LSST의 영역을 북쪽으로 확장하고 딥 드릴링 필드를 아카리 딥 필드 서에 배치함으로써 전체 과학적 성과는 어떻게 향상되나요?

주요 결과

• 유클리드의 깊은 필드와 LSST를 공조함으로써 어둠성 에너지의 도구 성과(FOM)가 설문 구성에 따라 30–69% 향상됩니다.
• LSST의 설문이 유클리드의 깊은 필드와 겹칠 경우 은하수 허브 맵핑이 50% 더 넓은 영역에서 한 단계 향상되며, 성과가 약 10배 향상됩니다.
• 가장 효과적인 LSST 설문 옵션은 10년 설문 시간의 0.3–3.8%를 사용하며, 여러 필터에 걸쳐 25~1507회의 방문 횟수를 포함합니다.
• 아카리 딥 필드 서는 LSST의 딥 드릴링 필드로 최적의 후보로 지목되었으며, 제안된 10 deg² 영역과 1507회의 방문(예: u 필터 738회, g 필터 96회 등)이 제안됩니다.
• 방문의 균일성과 공통 축적 깊이가 단일 방문 깊이보다 더 중요하며, 광학 체계 오차 제어를 위해 최소 5회 이상의 방문을 필터당 권장합니다.
• 깊은 필드에서 LSST의 주기와 유클리드의 주기를 일치시킴으로써 간선의 광도 측정 및 약한 렌즈링 시프 측정치의 정밀도가 향상됩니다.