[논문 리뷰] SDSS-V: Pioneering Panoptic Spectroscopy

Juna A. Kollmeier, Gail Zasowski외 48명|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 09.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 5인용 수 108

한 줄 요약

SDSS-V는 Milky Way Mapper, Black Hole Mapper, Local Volume Mapper의 세 가지 상호 연계 프로그램을 가진 전천의 다중 에폭 관측으로, 수백만 개의 천체에 대한 파노픽 분광학과 3,000+ deg2의 IFU 매핑을 목표로 한다.

ABSTRACT

SDSS-V will be an all-sky, multi-epoch spectroscopic survey of over six million objects. It is designed to decode the history of the Milky Way, trace the emergence of the chemical elements, reveal the inner workings of stars, and investigate the origin of planets. It will also create an integral-field spectroscopic map of the gas in the Galaxy and the Local Group that is 1,000x larger than the current state of the art and at high enough spatial resolution to reveal the self-regulation mechanisms of galactic ecosystems. SDSS-V will pioneer systematic, spectroscopic monitoring across the whole sky, revealing changes on timescales from 20 minutes to 20 years. The survey will thus track the flickers, flares, and radical transformations of the most luminous persistent objects in the universe: massive black holes growing at the centers of galaxies. The scope and flexibility of SDSS-V will be unique among extant and future spectroscopic surveys: it is all-sky, with matched survey infrastructures in both hemispheres; it provides near-IR and optical multi-object fiber spectroscopy that is rapidly reconfigurable to serve high target densities, targets of opportunity, and time-domain monitoring; and it provides optical, ultra-wide-field integral field spectroscopy. SDSS-V, with its programs anticipated to start in 2020, will be well-timed to multiply the scientific output from major space missions (e.g., TESS, Gaia, eROSITA) and ground-based projects. SDSS-V builds on the 25-year heritage of SDSS's advances in data analysis, collaboration infrastructure, and product deliverables. The project is now refining its science scope, optimizing the survey strategies, and developing new hardware that builds on the SDSS-IV infrastructure. We present here an overview of the current state of these developments as we seek to build our worldwide consortium of institutional and individual members.

연구 동기 및 목표

• Milky Way, SMBH 성장, 및 ISM을 대규모로 맵핑하기 위한 파노픽, 전천 스펙트로스코피 설문의 필요성을 제시한다.
• SDSS-V Mapper 프로그램들(Milky Way Mapper, Black Hole Mapper, Local Volume Mapper)과 그 과학 목표를 설명한다.
• 전천의 다중 에포크, 다중 파장 대역의 스펙트로스코피 맵을 가능하게 하기 위한 설문 하드웨어, 전략, 컨소시엄 구축 계획을 개요한다.

제안 방법

• 전천에서 MOS를 수행하기 위해 두 반구의 두 2.5m 망원경에 근적외선 APOGEE (R~22,000, 300 fibers)와 광학 BOSS (R~2,000, 500 fibers) 분광기를 활용한다.
• 각 반구당 약 2,000 fiber 번들을 사용하여 세 개의 광학 분광기로 구동되는 초광역장의 IFS를 수행한다.
• 다중 에포크의 반복 관측 스펙트로스코피를 처리·분석하여 시간 영역 연구와 블랙홀의 리버버레이션 매핑을 가능하게 한다.
• SDSS-I–IV의 하드웨어와 설문 인프라를 활용하고, 신속한 대상 재획득과 다중 에포크 전략을 가능하게 하는 새로운 구성 요소를 개발한다.
• 세 가지 mapper 전반에 걸쳐 목표 선정 전략을 구현하여 하늘 커버리지, 깊이, 분광 범위(근적외선 및 광학)를 최대화한다.
• 동시대 임무(Gaia, TESS, eROSITA)와의 시너지를 계획하여 과학적 수익을 높인다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전천에 걸친 파노틱 분광법과 다중 에포크 데이터를 통해 Milky Way의 구조, 형성, 항성 진화를 어떻게 더 잘 이해할 수 있는가?
• RQ2 대규모 다중 에포크 광학 분광법과 eROSITA 후속 관측으로 초대질량 블랙홀 성장과 AGN 변동성에 대해 무엇을 배울 수 있는가?
• RQ3 수천 제곱도에 걸쳐 고공간 해상도로 매핑될 때 성간 매질의 구조와 조절은 어떻게 나타나는가?
• RQ4 Local Volume 전역의 ISM과 별의 분포를 적분장분광법으로 매핑하여 피드백 및 풍부화 과정을 어떻게 드러낼 수 있는가?
• RQ5 타임 도메인 분광법이 타임 도메인 이미징 설문조사를 보완하여 변화하는 퀘이어와 물질 흡수 물리를 어떻게 드러낼 수 있는가?

주요 결과

• SDSS-V는 전천에 걸쳐 6백만 개가 넘는 천체에 대한 스펙트럼을 얻고, 약 100만 개의 천체에 대해 동질적 다중 에포크 분광학을 제공한다.
• 조사에는 APOGEE(R~22,000)의 근적외선 MOS와 BOSS(R~2,000)의 광학 MOS가 포함되어 하늘 조사 속도 ~40 deg2 hr^-1를 가능하게 한다.
• 약 2,000 fiber 번들을 사용한 초광역 필드 IFS를 >3,000 deg2에 걸쳐 수행하여 Local Volume의 ISM 및 별 개체를 매핑한다.
• Black Hole Mapper는 약 1,000–1,500개의 준퀘이어(z ~0.1–4.5)에 대한 리버버레이션 매핑을 수행하고, 여러 에포크에 걸쳐 약 25,000개의 준퀘이어의 분광 변화를 모니터링한다.
• eROSITA 후속 관측으로 설문의 처음 1.5년에서 탐지된 X선 소스 약 40만 개를 광학적으로 식별·특성화하여 AGN 샘플을 수 배에서 수십 배로 확장한다.
• Local Volume Mapper는 은하계와 인근 은하의 이온화된 ISM를 약 25 pc 해상도로 매핑하여 pc-스케일에서 kpc-스케일의 ISM 연구를 가능하게 한다.