[논문 리뷰] The Herschel-SPIRE Legacy Survey (HSLS): the scientific goals of a shallow and wide submillimeter imaging survey with SPIRE

Asantha Cooray, Steve Eales외 248명|arXiv (Cornell University)|2010. 07. 20.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 45인용 수 3

한 줄 요약

헤르슐-스파이어 레거시 설문(HSLS)은 4,000 제곱도의 넓은 천구 영역을 250, 350, 500 µm에서 얕은 서베이를 통해 고체 밀리미터파 대역에서 2.5~300만 개의 은하를 탐지하려고 하며, 각각 26, 27, 33 mJy의 감도로 탐지한다. 주로 고적색도(z > 1인 경우 약 2/3, z > 2인 경우 약 1/3, z > 5인 경우 약 1,000개)의 천체를 중심으로 하며, 우주론적 연구를 가능하게 하고, CMB 실험에서의 혼잡함을 줄이며, 일반 상대성 이론을 정밀하게 검증하기 위한 강력한 렌즈 효과를 겪은 밀리미터파 은하를 식별하고, 고은하위도에서 원시 은하단과 먼지가 풍부한 천체를 맵핑하는 것을 목표로 한다.

ABSTRACT

A large sub-mm survey with Herschel will enable many exciting science opportunities, especially in an era of wide-field optical and radio surveys and high resolution cosmic microwave background experiments. The Herschel-SPIRE Legacy Survey (HSLS), will lead to imaging data over 4000 sq. degrees at 250, 350, and 500 micron. Major Goals of HSLS are: (a) produce a catalog of 2.5 to 3 million galaxies down to 26, 27 and 33 mJy (50% completeness; 5 sigma confusion noise) at 250, 350 and 500 micron, respectively, in the southern hemisphere (3000 sq. degrees) and in an equatorial strip (1000 sq. degrees), areas which have extensive multi-wavelength coverage and are easily accessible from ALMA. Two thirds of the of the sources are expected to be at z > 1, one third at z > 2 and about a 1000 at z > 5. (b) Remove point source confusion in secondary anisotropy studies with Planck and ground-based CMB data. (c) Find at least 1200 strongly lensed bright sub-mm sources leading to a 2% test of general relativity. (d) Identify 200 proto-cluster regions at z of 2 and perform an unbiased study of the environmental dependence of star formation. (e) Perform an unbiased survey for star formation and dust at high Galactic latitude and make a census of debris disks and dust around AGB stars and white dwarfs.

연구 동기 및 목표

• 4,000 제곱도의 넓은 천구 영역에서 얕은 밀리미터파 서베이를 수행하여 고적색도 은하와 먼지 방출의 대규모 연구를 가능하게 한다.
• 250, 350, 500 µm에서 각각 26, 27, 33 mJy에서 50% 완전도를 확보한 250만~300만 개의 은하 목록을 제작한다.
• 플랑크 및 지상 기반 CMB 실험 데이터에서 점원소의 혼잡함을 줄이기 위해 CMB 이방성 측정에서의 점원소 오염을 제거한다.
• 일반 상대성 이론을 2% 수준에서 정밀하게 검증할 수 있도록 최소 1,200개의 강력한 렌즈 효과를 겪은 밀리미터파 은하를 식별한다.
• 은하위도가 높은 영역에서의 별 형성과 먼지에 대한 편향 없는 서베이를 수행하며, 잔해 원반과 진화한 별 주변의 먼지까지 포함한다.

제안 방법

• 헤르슐 우주망원경의 스파이어(SPIRE) 기구를 이용해 250, 350, 500 µm에서 4,000 제곱도의 영역에 걸쳐 깊은 영상 촬영을 수행한다.
• 다양한 파장에서 광범위한 다중파장 커버리지를 확보한 남천구 영역(3,000 제곱도)과 적도선 주변의 스트립(1,000 제곱도)을 대상으로 한다.
• 소스 추출 및 광도 측정 기법을 사용하여 3개 파장에서 각각 26, 27, 33 mJy의 5σ 혼잡한 임계값에서 50% 완전도를 확보한 은하 목록을 구축한다.
• 통계적 및 광도 기반 기법을 적용하여 플랑크 및 지상 기반 실험의 CMB 데이터에서 점원소 혼잡함을 모델링하고 제거한다.
• 강력한 중력 렌즈 모델을 활용하여 밝고 매우 확대된 밀리미터파 은하를 식별하고 특성화한다.
• z ≈ 2인 후보 원시 은하단 영역에서 공간 클러스터링 및 환경 분석을 수행하여 별 형성의 환경 의존성을 연구한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 4,000 제곱도 영역에서 밀리미터파 밝은 은하의 분포와 적색도 진화는 어떻게 되는가?
• RQ2 강력한 렌즈 효과를 겪는 밀리미터파 은하의 수는 얼마이며, 일반 상대성 이론을 2% 수준에서 검증하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ3 z ≈ 2인 고적색도 원시 은하단에서 별 형성의 환경 의존성은 어떻게 되는가?
• RQ4 고은하위도에서 먼지가 풍부한 천체, 즉 잔해 원반과 AGB 별, 백색왜성 주변의 먼지의 전반적인 목록은 어떻게 구성되는가?
• RQ5 깊은 밀리미터파 영상으로 인해 CMB 실험에서의 점원소 혼잡함을 얼마나 줄일 수 있는가?

주요 결과

• 서베이는 250만에서 300만 개의 은하를 탐지할 것으로 예상되며, 그 중 66%는 적색도 z > 1, 33%는 z > 2이며, 약 1,000개는 z > 5일 것으로 예상된다.
• 서베이는 250 µm에서 26 mJy, 350 µm에서 27 mJy, 500 µm에서 33 mJy에서 50% 완전도를 확보하며, 이는 각각 5σ 혼잡한 잡음 수준과 대응한다.
• 최소 1,200개의 강력한 렌즈 효과를 겪은 밀리미터파 밝은 은하가 식별될 것으로 예상되며, 이는 일반 상대성 이론을 2% 수준에서 검증할 수 있게 한다.
• 서베이에서는 z ≈ 2인 200개의 원시 은하단 영역를 식별하여 별 형성에 대한 환경 영향을 편향 없이 연구할 수 있다.
• 고은하위도에서의 먼지에 대한 편향 없는 목록이 확보되며, 이에는 잔해 원반과 진화한 별 주변의 먼지가 포함된다.
• 깊은 광역 밀리미터파 맵을 제공함으로써 CMB 실험에서의 점원소 혼잡함을 크게 줄일 수 있다.