[논문 리뷰] Continuum surveys with LOFAR and synergy with future large surveys in the 1-2 GHz band

R. Morganti, H. J. A. Röttgering외 10명|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 14.

Radio Astronomy Observations and Technology참고 문헌 19인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 LOFAR의 저주파수 연속 스펙트럼 조사(15–200 MHz)와 ASKAP 및 Apertif와 같은 향후 고주파수 조사(1–2 GHz) 간의 융합 가능성을 서술한다. LOFAR의 넓은 시야와 민감도 덕분에 대규모 은하 형성, 은하단 자기장, 초기 항성 형성, 뜻밖의 발견을 탐색할 수 있는 고유한 잠재력이 있으며, 주파수 간 분석을 통해 sub-mJy 소스까지 세밀한 스펙트럼 및 간성간 매질(ISM) 분석이 가능하다.

ABSTRACT

Radio astronomy is entering the era of large surveys. This paper describes the plans for wide surveys with the LOw Frequency ARray (LOFAR) and their synergy with large surveys at higher frequencies (in particular in the 1-2 GHz band) that will be possible using future facilities like Apertif or ASKAP. The LOFAR Survey Key Science Project aims at conducting large-sky surveys at 15, 30, 60, 120 and 200 MHz taking advantage of the wide instantaneous field of view and of the unprecedented sensitivity of this instrument. Four topics have been identified as drivers for these surveys covering the formation of massive galaxies, clusters and black holes using z>6 radio galaxies as probes, the study of the intercluster magnetic fields using diffuse radio emission and Faraday rotation measures in galaxy clusters as probes and the study of star formation processes in the early Universe using starburst galaxies as probes. The fourth topic is the exploration of new parameter space for serendipitous discovery taking advantage of the new observational spectral window open up by LOFAR. Here, we briefly discuss the requirements of the proposed surveys to address these (and many others!) topics as well as the synergy with other wide area surveys planned at higher frequencies (and in particular in the 1-2 GHz band) with new radio facilities like ASKAP and Apertif. The complementary information provided by these surveys will be crucial for detailed studies of the spectral shape of a variety of radio sources (down to sub-mJy sources) and for studies of the ISM (in particular HI and OH) in nearby galaxies.

연구 동기 및 목표

• 15–200 MHz에서 LOFAR를 활용한 광역 연속 스펙트럼 조사를 설계하여 초기 우주의 핵심 천체물리 현상을 탐구한다.
• 고적도(z > 6) 전파 은하를 탐지하고 연구함으로써 대규모 은하 및 초거대 블랙홀 형성의 단서를 찾는다.
• 은하단 내 산재한 전파 방출과 파라데이 각도 변화를 분석하여 은하단 간 자기장을 연구한다.
• 은하단 내 항성 형성 활동을 추적하기 위해 은하단 별폭발 은하를 활용하여 초기 우주의 항성 형성 과정을 연구한다.
• 1–2 GHz 대역에서 LOFAR의 새로운 스펙트럼 창을 활용해 뜻밖의 발견을 가능하게 한다.

제안 방법

• LOFAR의 넓은 순간 시야와 높은 민감도를 활용해 15, 30, 60, 120, 200 MHz에서 대규모 하늘 조사를 수행한다.
• 고적도(z > 6) 전파 은하를 활용해 고적도에서 대규모 은하 및 초거대 블랙홀 형성 과정을 연구한다.
• 은하단 내 산재한 전파 방출과 파라데이 각도 변화 측정을 분석하여 은하단 간 자기장을 맵핑한다.
• 은하단 별폭발 은하를 활용해 초기 우주의 항성 형성 활동을 탐지한다.
• LOFAR 데이터를 향후 고주파수 조사(예: ASKAP, Apertif)의 1–2 GHz 대역과 융합하여 전파 소스의 스펙트럼 에너지 분포를 분석한다.
• 다중 주파수 데이터 통합을 통해 주로 근접한 은하에서의 간성간 매질(ISM), 특히 HI와 OH를 연구한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LOFAR의 저주파수 조사는 z > 6에서의 대규모 은하 및 블랙홀 형성과 진화를 어떻게 추적할 수 있는가?
• RQ2 은하단 내 산재한 전파 방출과 파라데이 각도 변화는 은하단 간 자기장에 대해 어떤 통찰을 제공하는가?
• RQ3 고적도에서 탐지된 은하단 별폭발 은하는 초기 우주의 항성 형성 역사를 어떻게 드러내는가?
• RQ4 LOFAR의 넓은 스펙트럼 창을 통해 어떤 새로운 천체물리적 소스가 뜻밖의 발견으로 이어질 수 있는가?
• RQ5 1–2 GHz 대역의 다중 주파수 조사는 전파 소스의 스펙트럼 형태와 ISM 특성 연구에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• LOFAR의 15–200 MHz 조사는 고적도 전파 은하 및 그 환경을 연구하는 데 있어 사상 초월의 민감도와 광역 커버리지를 제공할 것이다.
• LOFAR와 향후 1–2 GHz 조사(예: ASKAP, Apertif) 간의 융합을 통해 sub-mJy 수준까지 전파 소스의 스펙트럼 에너지 분포 측정이 가능해질 것이다.
• 은하단 내 산재한 전파 방출과 파라데이 각도 측정을 통해 은하단 규모의 자기장을 맵핑할 수 있다.
• LOFAR 조사에서 탐지된 은하단 별폭발 은하는 초기 우주의 강력한 항성 형성 활동을 탐지하는 핵심 추적자 역할을 할 것이다.
• 저주파수 LOFAR 데이터와 고주파수 조사의 융합은 특히 근접한 은하에서의 간성간 매질, 특히 HI와 OH에 대한 제약 조건을 크게 향상시킬 것이다.
• LOFAR가 전파 스펙트럼의 새로운 매개변수 공간을 탐사할 수 있는 능력 덕분에 1–2 GHz 대역에서의 뜻밖의 발견이 더욱 향상될 것이다.