[논문 리뷰] Schwarzschild Lecture 2014: HectoMAPping The Universe

Margaret J. Geller, Ho Seong Hwang|arXiv (Cornell University)|2015. 07. 22.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 51인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 MMT의 Hectospec 기구에서 확보한 밀도 높은 적색편이 조사와 스바루의 HyperSuprime-Cam에서 확보한 약한 중력 렌즈 맵을 조합한 대규모 천문학적 조사인 HectoMAP을 제시한다. 분광학적 은하 분포와 암흑물질 맵을 융합함으로써 HectoMAP는 우주 시간에 걸쳐 은하가 암흑물질을 어떻게 따라가며 분포하는지를 강력하게 탐색할 수 있으며, 특히 텅 빈 영역과 대규모 구조에서의 상관관계를 분석할 수 있다. 목표 적색편이는 z ≈ 0.55이며, 공칭 스케일은 최대 1.3 Gpc까지 확장된다.

ABSTRACT

During the last three decades progress in mapping the universe from an age of 400,000 years to the present has been stunning. Instrument/telescope combinations have naturally determined the sampling of various redshift ranges. Here we outline the impact of the Hectospec on the MMT on exploration of the universe in the redshift range 0.2 < z < 0.8. We focus on dense redshift surveys, SHELS and HectoMAP. SHELS is a complete magnitude limited survey covering 8 square degrees. The HectoMAP survey combines a red-selected dense redshift survey and a weak lensing map covering 50 square degrees. Combining the dense redshift survey with a Subaru HyperSuprimeCam (HSC) weak lensing map will provide a powerful probe of the way galaxies trace the distribution of dark matter on a wide range of physical scales.

연구 동기 및 목표

• 분광학적 적색편이와 약한 렌즈를 조합하여 우주의 시간에 따라 은하와 암흑물질의 대규모 분포를 맵핑하기 위해.
• 특히 밀도가 낮은 영역인 텅 빈 영역에서 은하가 기저의 암흑물질 분포를 어떻게 따라가는지 탐구하기 위해.
• 이전의 프로토타입 조사들을 넘어서 더 큰 부피(최대 1.3 Gpc × 55 Mpc)와 더 높은 적색편이(z ≈ 0.7–0.8)를 커버하기 위해.
• 분광학적 및 광학적 탐측을 모두 활용하여 구조 형성 및 은하 진화 모델을 시험할 수 있는 강력한 데이터셋을 제공하기 위해.
• 광학적 적색편이에 대한 해결되지 않은 불확실성을 해소하기 위해, 밀도 높은 분광학적 조사 결과를 보정 기준으로 사용하기 위해.

제안 방법

• MMT의 Hectospec 다중 대상 분광계를 활용하여 중간 적색편이 z ≈ 0.3에서 약 2000개의 은하에 대해 적색편이를 확보한다.
• 50 제곱도에 걸쳐 HectoMAP의 적색편이 조사와 스바루 HyperSuprime-Cam(HSC) 이미징에서 확보한 약한 렌즈 질량 맵을 융합한다.
• 적색편이 범위 0.2 ≲ z ≲ 0.8 내의 은하를 대상으로 하기 위해 적색선 샘플을 선택하며, 하늘의 농도가 높고 연결된 영역을 중심으로 한다.
• 분광학적 은하 밀도 분포와 약한 렌즈에서 유도된 투영된 암흑물질 맵을 비교하기 위해 통계 기법을 적용한다.
• 완전한 등급 한계 조사인 SHELS 조사를 기초로 하며, 이는 8 제곱도를 커버하는 분광학적 적색편이를 포함한다.
• Hectospec의 높은 동적 범위(300개의 섬유, 1° 시야)를 활용하여 농도가 높은 은하단체와 대규모 구조를 효율적으로 조사한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하가 클러스터에서 텅 빈 영역에 이르기까지 다양한 물리적 스케일에서 암흑물질 분포를 어떻게 따라가는가?
• RQ2 약한 렌즈 맵을 통해 드러난 암흑물질 분포의 저밀도 영역과 은하 분포의 텅 빈 영역이 어느 정도 일치하는가?
• RQ3 밀도 높은 분광학적 적색편이 조사가 약한 렌즈 연구에서 사용되는 광학적 적색편이의 보정 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 적색편이 z ≈ 0.55에서 더 높은 적색편이(z ≈ 0.7–0.8)로의 텅 빈 영역의 크기 분포 함수의 진화는 어떠한가?
• RQ5 은하의 군집 성질이 대규모 구조에서 기저의 물질 파wer 스펙트럼과 어떻게 관련되어 있는가?

주요 결과

• HectoMAP 조사는 z ≈ 0.55에서 공칭 횡방향 치수 약 1.3 Gpc × 55 Mpc를 커버하며, 이는 이전의 VIPERS 조사보다 크게 확장된 영역이다.
• 밀도 높은 적색편이 조사와 약한 렌즈 맵의 조합은 대규모 스케일에서 은하와 암흑물질 분포 간의 직접적이고 강력한 비교를 가능하게 한다.
• 이 조사는 z ≈ 0.7–0.8까지의 텅 빈 영역의 크기 분포 함수와 그 진화에 대한 신뢰할 수 있는 추정치를 제공할 것으로 기대된다.
• 전경 분광학적 조사 덕분에 약한 렌즈 맵에서 은하의 희귀 영역과 질량의 희귀 영역 간의 정렬을 관측적으로 검증할 수 있다.
• HectoMAP 프로젝트는 이전의 프로토타입 조사들(Geller et al. 2005, 2014a; Hwang et al. 2014)을 기반으로 하며, 영역과 깊이에서 그 범위를 확장한다.
• 이 조사는 van Waerbeke et al. (2013)이 광학적 적색편이를 사용하여 제안한 바와 같이, 은하 분포의 텅 빈 영역이 암흑물질 필드의 저밀도 영역과 대응한다는 가설을 시험하기 위해 설계되었다.