[論文レビュー] CCAT-prime: Science with an Ultra-widefield Submillimeter Observatory at Cerro Chajnantor

G. J. Stacey, Manuel Aravena+38 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2018

Superconducting and THz Device Technology参考文献 56被引用数 15

ひとこと要約

CCAT-prime はチリのセルロ・チャアンタントールに、再電離期から現在にかけての星形成および銀河形成、宇宙の大規模構造の成長、BモードCMB偏光、および銀河間物質を研究する超広視野のサブミリ波長望遠鏡を計画している。Prime-Cam（広視野のボロメーターカメラ／分光計）とCHAI（マルチビーム変換分光計）を搭載し、高高度の立地ならではの高い表面精度と低系統放射率を活かして、200–2000 µmの範囲で深さと広さを兼ね備えたサーベイを実現する。初光は2021年春に予定されている。

ABSTRACT

We present the detailed science case, and brief descriptions of the telescope design, site, and first light instrument plans for a new ultra-wide field submillimeter observatory, CCAT-prime, that we are constructing at a 5600 m elevation site on Cerro Chajnantor in northern Chile. Our science goals are to study star and galaxy formation from the epoch of reionization to the present, investigate the growth of structure in the Universe, improve the precision of B-mode CMB measurements, and investigate the interstellar medium and star formation in the Galaxy and nearby galaxies through spectroscopic, polarimetric, and broadband surveys at wavelengths from 200 um to 2 mm. These goals are realized with our two first light instruments, a large field-of-view (FoV) bolometer-based imager called Prime-Cam (that has both camera and an imaging spectrometer modules), and a multi-beam submillimeter heterodyne spectrometer, CHAI. CCAT-prime will have very high surface accuracy and very low system emissivity, so that combined with its wide FoV at the unsurpassed CCAT site our telescope/instrumentation combination is ideally suited to pursue this science. The CCAT-prime telescope is being designed and built by Vertex Antennentechnik GmbH. We expect to achieve first light in the spring of 2021.

研究の動機と目的

• 再電離期から現在に至るまでの宇宙時間における星形成および銀河形成の調査。
• 深さのあるサブミリ波長サーベイを通じて、宇宙の大規模構造の成長を解明する。
• 広範囲かつ高感度の観測により、BモードCMB測定の精度を向上させる。
• 分光的・偏光的・全バンドサーベイを通じて、ミルキーウェイおよび近傍銀河における銀河間物質および星形成の研究。

提案手法

• 標高5600 mのセルロ・チャアンタントールに、非常に高い表面精度と低系統放射率を備えた10メートル口径の望遠鏡を設置する。
• 広視野のボロメーターベースのイメージャ（カメラおよびイメージング分光計モジュールを備える）であるPrime-Camを装備する。
• 高分解能スペクトル線サーベイに不可欠なマルチビームサブミリ波長変換分光計であるCHAIを統合する。
• 大気の透明度が高く、水蒸気量が少ない立地の利点を活かしてサブミリ波長観測を実現する。
• 200–2000 µmの範囲で、高スルーレット、広視野サーベイを可能にする設計を行う。
• 2021年春に初光を達成し、深さと広さを兼ね備えた広視野イメージングおよび分光観測に注力する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 再電離期から現在に至るまでの銀河および星形成のメカニズムと進化の仕組みは何か？
• RQ2 サブミリ波長源をトレースすることで、ダークマターおよびダークエネルギーが宇宙の大規模構造の成長に果たす役割は何か？
• RQ3 高感度で広範囲のサブミリ波長サーベイは、初期重力波を探るためのBモードCMB測定の精度を向上させ得るか？
• RQ4 銀河間物質の物理的状態は、ミルキーウェイおよび近傍銀河における星形成にどのように影響を与えるか？

主な発見

• CCAT-prime は2021年春に初光を達成し、これまでにない感度で広視野サブミリ波長サーベイの時代を切り開く。
• 望遠鏡の高い表面精度と低系統放射率のおかげで、サブミリ波長帯域で最適な性能を発揮できる。
• Prime-Cam は、深さのあるサーベイに適した広視野と、イメージングおよび分光機能を併せ持つ。
• CHAI は、分子ガスおよび星形成の研究に不可欠な高分解能・マルチビームスペクトル線観測を可能にする。
• 観測所は200–2000 µmの範囲でサーベイを最適化しており、初期宇宙および現在の宇宙における重要な天体物理学的現象を標的としている。
• セルロ・チャアンタントールの立地は、大気の透明度が極めて高く、大気の透過率が低く、長時間露光が可能である。