[논문 리뷰] The Synoptic All-Sky Infrared (SASIR) Survey

J. S. Bloom, J. X. Prochaska외 43명|ArXiv.org|2009. 05. 13.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

Synoptic All-Sky Infrared (SASIR) Survey는 멕시코 산 페드로 마르티르 관측소에 위치한 새로운 6.5미터 망원경을 활용해 4–5년간의 전천문 적인 적외선 순시 조사 계획을 제안한다. 이 조사는 δ = −30° 이상의 전체 하늘을 동시에 다색(Y, J, H, K) 영상으로 촬영한다. 2MASS보다 감도가 100배 높아지며, 고적색도수(quasars) z ∼7–10 수천 개를 발견하고, 희미한 갈색왜성들을 맵핑하며, 변수 천체 및 일시적 현상에 대한 사상적인 시간 영역 연구를 가능하게 할 것이다.

ABSTRACT

We are proposing to conduct a multicolor, synoptic infrared (IR) imaging survey of the Northern sky with a new, dedicated 6.5-meter telescope at San Pedro Mártir (SPM) Observatory. This initiative is being developed in partnership with astronomy institutions in Mexico and the University of California. The 4-year, dedicated survey, planned to begin in 2017, will reach more than 100 times deeper than 2MASS. The Synoptic All-Sky Infrared (SASIR) Survey will reveal the missing sample of faint red dwarf stars in the local solar neighborhood, and the unprecedented sensitivity over such a wide field will result in the discovery of thousands of z ~ 7 quasars (and reaching to z > 10), allowing detailed study (in concert with JWST and Giant Segmented Mirror Telescopes) of the timing and the origin(s) of reionization. As a time-domain survey, SASIR will reveal the dynamic infrared universe, opening new phase space for discovery. Synoptic observations of over 10^6 supernovae and variable stars will provide better distance measures than optical studies alone. SASIR also provides significant synergy with other major Astro2010 facilities, improving the overall scientific return of community investments. Compared to optical-only measurements, IR colors vastly improve photometric redshifts to z ~ 4, enhancing dark energy and dark matter surveys based on weak lensing and baryon oscillations. The wide field and ToO capabilities will enable a connection of the gravitational wave and neutrino universe - with events otherwise poorly localized on the sky - to transient electromagnetic phenomena.

연구 동기 및 목표

• δ = −30° 이상의 천구 북반구 및 남반구를 대상으로, 깊이 있고 넓은 시야, 다색(Y, J, H, K) 영상 촬영을 동시에 수행하는 최초의 종합적 전천문 적외선 조사 수행.
• 효과 온도 600 K 이하인 희미하고 차가운 갈색왜성의 부족한 인구를 탐지하고 특성화.
• 재이온화 시기와 초기 은하 형성 연구를 위해 수천 개의 고적색도수(quasars, z ∼7–10)를 발견.
• 적외선 영역에서 변수 항성, 초신성 및 일시적 현상의 시간 영역 연구를 가능하게 하여 거리 측정 정확도와 동적 범위 향상.
• JWST, LSST, 중력파 탐지기 등 향후 시설과의 핵심 시너지 제공을 위해 일시적 사건의 정밀 전기 전자기적 후속 관측 가능화.

제안 방법

• 멕시코 산 페드로 마르티르 관측소에 위치한 새로운 전용 6.5미터 망원경을 활용하여, 1도 이상의 시야에서 고해상도 영상 성능 제공 (Magellan/MMT 설계 기반).
• 124 × 2k × 2k HgCdTe 검출기 어레이를 사용한 광시야 적외선 카메라를 장착하여, f/2.5 등가 초점 거리로 네 개의 초점면에 배열.
• 이중 분광 분할기(dichroic beamsplitters)를 사용한 다중 필터 시스템(Y, J, H, K)을 도입하여 가까운 적외선 스펙트럼 전역에서 동시 다색 영상 촬영 가능.
• 2MASS 대비 1,000배 이상, VISTA 대비 10배 이상 높은 etendue-couleur 확보로 깊고 넓은 영역의 조사 가능.
• 열 방출 최소화 및 검출기 성능 유지를 위한 고도화된 냉각 시스템 및 열 제어 통합.
• 점진적 공개가 가능한 데이터 파이프라인 및 암시체계 구축. 최소 매일 1회 이상의 일시적 경고 제공. 미국 및 멕시코에서 관리.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양계 근처에서 가장 희미하고 차가운 갈색왜성들(Teff < 600 K)의 진정한 공간 밀도와 온도 분포는 무엇인가?
• RQ2 깊고 전천문적인 적외선 조사에서 고적색도수(quasars, z ∼7–10)는 얼마나 많이 탐지될 수 있으며, 이는 재이온화의 시작 시기와 어떤 관계가 있는가?
• RQ3 전 하늘에 걸쳐 초신성 및 변수 항성과 같은 적외선 임시 현상의 동적 범위와 변동성 서명은 무엇인가?
• RQ4 적외선 광학적 적색편이가 온전히 옵티컬 방법에 비해 약한 렌즈 효과 및 은하 구조 진동 측정에 어떻게 기여하는가?
• RQ5 적외선 종합 조사가 중력파 및 뉴트리노 일시적 사건의 더 정밀한 위치 특정 및 후속 관측을 가능하게 할 수 있는가?

주요 결과

• SASIR 조사는 근적외선 영역에서 2MASS보다 100배 깊은 감도를 확보할 것으로 예측되며, 감지 부피는 100만 배 이상 증가할 것이다.
• 조사는 z ∼7 갈색왜성 수천 개를 발견하고, z > 10까지의 천체 탐지 가능할 것으로 예상되어 초기 우주의 재이온화 시기 연구에 깊이 관여할 수 있다.
• 효과 온도 약 200–600 K의 희미하고 차가운 갈색왜성(질량 2–5 목성질량 이하)의 부족 인구를 드러낼 것이다.
• 124 × 2k × 2k 적외선 어레이 시스템은 역사상 가장 큰 적외선 영상기로, 고감도로 전천문 커버리지 가능.
• 예상 데이터 속도는 약 TB/일로, SPM의 지속적 업그레이드로 관리 가능하며, 점진적 공개와 최소 매일 1회 이상의 일시적 경고 제공 예정.
• 프로젝트 총 비용은 2815만 달러(미국 기여분), 주거울은 이미 자금 확보 완료, 사전 A단계에 진입하고 개념 설계 완료 상태.