[논문 리뷰] BlueMUSE: Project Overview and Science Cases

Johan Richard, Roland Bacon외 60명|Open Repository and Bibliography (University of Liège)|2019. 06. 04.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 191인용 수 35

한 줄 요약

BlueMUSE는 VLT를 위한 파란색 최적화된 넓은 시야의 IFU로, MUSE를 350–600 nm에서 R~3600으로 확장하고 시야를 두 배로 늘려 파란색/UV 분야에서 은하, 로컬 그룹, 그리고 고적대 우주 연구의 대규모 확장을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We present the concept of BlueMUSE, a blue-optimised, medium spectral resolution, panoramic integral field spectrograph based on the MUSE concept and proposed for the Very Large Telescope. With an optimised transmission down to 350 nm, a larger FoV (1.4 x 1.4 arcmin$^2$) and a higher spectral resolution compared to MUSE, BlueMUSE will open up a new range of galactic and extragalactic science cases allowed by its specific capabilities, beyond those possible with MUSE. For example a survey of massive stars in our galaxy and the Local Group will increase the known population of massive stars by a factor $>$100, to answer key questions about their evolution. Deep field observations with BlueMUSE will also significantly increase samples of Lyman-alpha emitters, spanning the era of Cosmic Noon. This will revolutionise the study of the distant Universe: allowing the intergalactic medium to be detected unambiguously in emission, enabling the study of the exchange of baryons between galaxies and their surroundings. By 2030, at a time when the focus of most of the new large facilities (ELT, JWST) will be on the infra-red, BlueMUSE will be a unique facility, outperforming any ELT instrument in the Blue/UV. It will have a strong synergy with ELT, JWST as well as ALMA, SKA, Euclid and Athena.

연구 동기 및 목표

• BlueMUSE 광학 기기 개념의 개요와 파란색/UV 천문학 분야에서의 위치를 제시한다.
• 그 과학 사례를 가능하게 하는 주요 성능 지표와 기술 설계 선택을 정의한다.
• BlueMUSE가 은하계, 로컬 그룹, 근거리 은하 및 먼 우주에 걸쳐 수행하는 주요 과학 프로그램을 개략적으로 제시한다.

제안 방법

• MUSE 아키텍처를 파란색 최적화 성능에 맞춰 비슷한 모듈식 설계로 적용한다.
• 시야 확보와 영상 품질 향상을 위한 커브드 디텍터를 업그레이드 가능성으로 도입한다.
• 350–600 nm 커버리지에서 R>3000(평균 ~R=3600) 목표, 0.3 arcsec 공간 샘플링 및 1.4 arcmin^2 시야를 달성한다.
• 망원경 및 대기의 종합 전달율을 MUSE와 유사하게 유지하되 범위 전체에서 최소 >15% 및 평균 >25%를 달성한다.
• 위험을 줄이기 위해 24x4Kx4K CCD와 고정된 스펙트럴/공간 형식의 Seeing-limited 파노라마 IFU 모드로 작동한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BlueMUSE가 접근 가능한 인프라 제약 하에서 기존 조사 대비 막대한 규모의 대형별 분광학의 수백 배 증가를 달성할 수 있는가?
• RQ2 파란색 350–600 nm 분광학에서 높은 다중화로 얻을 수 있는 구상군 다중집단(globular cluster multiple populations) 및 Ultra-Faint Dwarf 은하에 대한 새로운 통찰은 무엇인가?
• RQ3 [O III] 4363 및 [O II] 3727 선을 이용한 이온화된 성운의 abundances 및 O/H 진단 측정이 파란 파장 분광으로 어떻게 향상되는가?
• RQ4 Lyman-α 방출체 및 z~2–3에서의 주변 은하/은하간 매질(circumgalactic/intergalactic medium) 연구에 미치는 BlueMUSE의 영향은 무엇인가?
• RQ5 BlueMUSE가 ELT, JWST, ALMA, SKA, Euclid, Athena와 시너지를 내어 은하 진화에 대한 다중-진공(multi-w vacuum) 접근을 어떻게 진전시킬 것인가?

주요 결과

• BlueMUSE는 은하계와 로컬 그룹에서 대형별의 알려진 개체 수를 100배 이상 증가시킬 수 있다.
• BlueMUSE는 350–600 nm에서 R ~ 3600의 분광 스펙트로스코피를 제공하며, 중첩 영역에서 대략 MUSE의 분광 해상도를 두 배 정도 증가시킨다.
• 시야 1.4′×1.4′를 0.3′′ 스펙셜로 샘플링하여 어린 군집처럼 혼잡한 영역에서의 분리된 스펙트럼을 가능하게 한다.
• BlueMUSE는 굵은 과다군집 구역에서의 배선 기반 MOS가 이전에는 비실용적이었던 파란 파장의 우주조사를 가능하게 한다.
• 먼 우주에서 BlueMUSE는 발광 간섭을 받고 있는 매질의 순수한 검출과 Lyα 연구를 우주적 정오에 근접시키는 개선을 가능하게 한다.
• Keck KCWI에 비해, 더 큰 시야와 더 높은 전달율/안정성으로 두 자릿수의 효율 차이를 제공한다.