[論文レビュー] Cosmic Explosions (Optical Transients)

S. R. Kulkarni|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、パラモール48インチ望遠鏡に40平方度の完全装備された焦点面を搭載し、追加の2台の望遠鏡でロボット式分光計測および適応光学を実施する次世代の変光天体調査であるZwicky Transient Facility (ZTF)を提案する。この調査は、1分未塔の時間スケールまでにまで及ぶ高速光学的変光天体を体系的に探査することを目的としている。主な貢献は、LSSTのような大規模施設を補完するコスト効率が良くスケーラブルな変光天体発見と追跡のモデルを提供することであり、ZTFは予想される高頻度で多波長にわたる宇宙爆発（新星から超新星まで）の特徴を明らかにするものである。

ABSTRACT

This paper is an extended summary of the talk I gave at IAU Symposium "New Horizons in Time Domain Astronomy" (Oxford, 2011). I first review the history of transients (which is intimately related to the advent of wide-field telescopic imaging; I then summarize wide field imaging projects. The motivations that led to the design of the Palomar Transient Factory (PTF) followed by a summary of the astronomical returns from PTF. I review the lessons learnt from PTF. I conclude that, during this decade, optical transient searches will continue to flourish and may even accelerate as surveys at other wavelengths -- notably radio, UV and X-ray -- come on line. As a result, I venture to suggest that specialized searches for transients will continue -- even into the LSST era. I end the article by discussing the importance of follow-up telescopes for transient object studies -- a topical issue given that in the US the Portfolio Review is under away.

研究の動機と目的

• 高速な頻度で広視野の変光天体を検出することに焦点を当てた次世代の調査施設の開発により、光学的変光天体の研究を前進させること。
• 変光天体イベントをリアルタイムで分類するための迅速かつ自動化された追跡分光計測および光度測定の重要なニーズに対処すること。
• コスト効率が良く、小口径の望遠鏡でも時域天文学における画期的な科学的成果を上げられることを実証すること。
• LSSTのような大規模施設を補完する持続可能な変光天体研究のモデルを提唱し、1日未塔の位相空間に焦点を当てる。
• 大規模施設の台頭にもかかわらず、専用の変光天体調査への継続的投資を提唱し、発見において代替不可能な役割を強調すること。

提案手法

• 再設計されたCFH12K 9600万画素CCDモザイクを用いて、完全に埋め込まれた40平方度の焦点面を搭載したパラモール48インチ望遠鏡（P48）を活用する。
• パラモール60インチ望遠鏡および追加の2台の1〜2メートル望遠鏡に、変光天体の迅速なスペクトル分類を可能にするSEDマシンを装備する。
• 高精度な光度測定を可能にするために、ロボット式レーザー適応光学システムを統合する。
• 高頻度の撮影（1日未塔のスケール）により、速やかに変化する変光天体を検出し、特徴を明らかにするための協調調査戦略を実施する。
• 既存インfraを活用し、2〜4メートル望遠鏡を再利用して追跡を実施することで、コスト効率が良くスケーラブルな変光天体科学を実現する。
• F. Zwickyにちなんで命名されたZwicky Transient Facility (ZTF)として、この施設を設計する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 次世代でコスト効率の良い変光天体調査は、1分未塔の時間スケールまでにまで高頻度で光学的変光天体を検出できるか？
• RQ2 とりわけ希少または急速に変化するイベントに対して、変光天体の1日未塔の位相空間に焦点を当てる科学的価値は何か？
• RQ3 ロボット式分光計測および適応光学システムは、変光天体源の分類と特徴の解明をどのように向上させられるか？
• RQ4 最適化された追跡機能を備えた小口径望遠鏡は、LSSTのような大規模施設と比較して、特定の変光天体科学分野で優るか、あるいは補完的役割を果たせるか？
• RQ5 多メッセンジャー天文学および時域天文学の時代において、大規模な調査と焦点を当てた狙いのある変光天体プロジェクトの最適なバランスは何か？

主な発見

• パラモール変光天体調査（PTF）は、4年間で300万ドル未満の総費用で顕著な天文学的成果を上げ、焦点を当てた変光天体調査のコスト効率の高さを実証した。
• ZTFは2015年に初光を予定しており、主に光学的変光天体の1日未塔の位相空間を調査することに注力し、急速な新星や初期の超新星放射を対象としている。
• 施設はP48に40平方度の焦点面を使用し、広範囲の空域を迅速にカバーし、高頻度の変光天体検出を可能にする。
• SEDマシンによるロボット式分光計測により、従来の方法と比較して追跡時間を6分の1に短縮できる。
• ロボット式レーザー適応光学システムの統合により、混雑した宿主銀河領域での光度測定の精度が著しく向上し、より良い宿主銀河解析が可能になる。
• 本論文は、LSSTの時代であっても、専用の変光天体調査が依然として不可欠であると主張している。特に、大規模施設が優先しない高頻度で時間的に重要な観測において、その役割は代替不可能である。