[논문 리뷰] LAMOST Medium-Resolution Spectroscopic Survey (LAMOST-MRS): Scientific goals and survey plan

Chao Liu, Jian-Ning Fu외 39명|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 14.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 5인용 수 44

한 줄 요약

논문은 LAMOST-MRS의 과학 목표, 서베이 전략, 및 R~7500에서 약 200만 스펙트럼과 다양한 은하 및 항성 연구를 위한 약 200k 시간 영역 스펙트럼의 기대 성능을 개략적으로 제시한다.

ABSTRACT

Since September 2018, LAMOST starts a new 5-year medium-resolution spectroscopic survey (MRS) using bright/gray nights. We present the scientific goals of LAMOST-MRS and propose a near optimistic strategy of the survey. A complete footprint is also provided. Not only the regular medium-resolution survey, but also a time-domain spectroscopic survey is being conducted since 2018 and will be end in 2023. According to the detailed survey plan, we expect that LAMOST-MRS can observe about 2 million stellar spectra with ~7500 and limiting magnitude of around G=15 mag. Moreover, it will also provide about 200 thousand stars with averagely 60-epoch observations and limiting magnitude of G~14 mag. These high quality spectra will give around 20 elemental abundances, rotational velocities, emission line profiles as well as precise radial velocity with uncertainty less than 1 km/s. With these data, we expect that LAMOST can effectively leverage sciences on stellar physics, e.g. exotic binary stars, detailed observation of many types of variable stars etc., planet host stars, emission nebulae, open clusters, young pre-main-sequence stars etc.

연구 동기 및 목표

• LAMOST-MRS 서베이의 과학 목표를 항성 물리학, 이진성, 성운 형성, 은하 고고학, 방출 성운, 외행성 호스트 항성, 오픈 클러스터 등으로 제시한다.
• 약 2백만 개의 스펙트럼을 R~7500으로 얻고 약 200k개의 고-시계열 관측을 달성하기 위한 근-낙관적 서베이 전략과 관측 범위를 제안한다.
• 공간 기반 임무(Gaia, Kepler/K2, TESS)와의 시너지 및 시간 영역 천문학과 화학 표지화에 미치는 영향을 논의한다.
• 노출 전략, S/N 기대값, TD(시간 영역)과 NT(비시간 영역) 구성으로 서베이 계획을 설명한다.

제안 방법

• R~7500의 LAMOST-MRS의 기기 구성과 파랑대(4950–5350 Å) 및 적색대(6300–6800 Å)의 특정 파장 커버리지를 설명한다.
• 노출 전략: 단일 1200 s 노출, NT 필드에서 3x1200 s 합성 노출로 파랑에서 G~14.5 및 적색에서 G~15에서 S/N~10에 도달하도록 한다.
• 시간 영역 관측 소개: 한 야간 내 및 여러 야간에 걸쳐 필드당 다수의 1200 s 노출을 수행하여 RV 정밀도와 원소 abundances 측정 달성.
• 레이더 속도 보정 접근법: 후기형 항성에 대해 대략 0.2 km/s 수준의 차동 RV를 달성하도록 상대 보정 RV를 사용하고, 절대 RV 보정은 일정한 항성들을 통해 수행한다.
• 5년 계획과 대상 분포를 최적화하기 위한 TD/NT 비율을 비교하는 서베이 시뮬레이션을 개괄한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Milky Way의 FGK 항성을 위한 대규모 중분해능 분광 서베이에서 어떤 과학적 통찰을 얻을 수 있는가?
• RQ2 LAMOST-MRS가 정확한 방사속도와 원소 abundances를 달성하여 화학 표지화와 은하 고고학을 가능하게 할 수 있는가?
• RQ3 다양한 과학 목표를 충족하기 위한 시간 영역과 비시간 영역 관측의 최적 균형은 무엇인가?
• RQ4 LAMOST-MRS가 Gaia, Kepler/K2, TESS와의 시너지가 외행성 호스트-항성 특성화 및 시간 영역 천문학에 어떤 기여를 할 수 있는가?
• RQ5 대구의 대구장(fields)에서 가능한 시간 영역과 다중 분광 MRS 데이터로 어떤 오픈 클러스터 및 방출 성운 연구가 가능할까?

주요 결과

• LAMOST-MRS는 R~7500에서 약 200만 개의 항성 스펙트럼(및 G~15 등급)과 약 60 에포크를 가진 약 200k의 항성을 관찰하는 것을 목표로 한다.
• 블루 카메라가 4950–5350 Å를, 레드 카메라가 6300–6800 Å를 커버하여 약 20개의 원소 풍부도와 Hα를 포함한 기타 방출선이 가능하다.
• 방사속도 정밀도는 후기형 항성에서 약 1 km/s 수준, 시간 영역 연구를 위한 차동 RV는 약 0.2 km/s에 도달할 것으로 예상된다.
• 이 서베이는 이진 진화, 진동하는 항성, 성운 형성, 방출 성운, 외행성 호스트 항성, 은하 고고학, 오픈 클러스터 등의 연구를 가능하게 한다.
• 두 단계의 서베이 설계(NT, TD)와 다수의 하위 프로젝트(MRS-K, MRS-T, MRS-S, MRS-B, MRS-N, MRS-G, MRS-O)가 다양한 과학 사례를 다루도록 계획된다.
• 시뮬레이션 결과는 TD/NT 비율을 최적화하고 TD 필드 수를 조정하기 위해 NT+TD 필드에서 약 5년간 약 2220회의 방문이 필요하다고 제시한다.