[论文解读] LAMOST Medium-Resolution Spectroscopic Survey (LAMOST-MRS): Scientific goals and survey plan

Chao Liu, Jian-Ning Fu+39 more|arXiv (Cornell University)|May 14, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 5被引用 44

一句话总结

论文概述了LAMOST-MRS的科学目标、 survey 策略和预期性能：这是一个为期5年的中分辨率光谱调查，目标获得约200万条R~7500光谱和约20万条时域光谱，用于多种银河和恒星研究。

ABSTRACT

Since September 2018, LAMOST starts a new 5-year medium-resolution spectroscopic survey (MRS) using bright/gray nights. We present the scientific goals of LAMOST-MRS and propose a near optimistic strategy of the survey. A complete footprint is also provided. Not only the regular medium-resolution survey, but also a time-domain spectroscopic survey is being conducted since 2018 and will be end in 2023. According to the detailed survey plan, we expect that LAMOST-MRS can observe about 2 million stellar spectra with ~7500 and limiting magnitude of around G=15 mag. Moreover, it will also provide about 200 thousand stars with averagely 60-epoch observations and limiting magnitude of G~14 mag. These high quality spectra will give around 20 elemental abundances, rotational velocities, emission line profiles as well as precise radial velocity with uncertainty less than 1 km/s. With these data, we expect that LAMOST can effectively leverage sciences on stellar physics, e.g. exotic binary stars, detailed observation of many types of variable stars etc., planet host stars, emission nebulae, open clusters, young pre-main-sequence stars etc.

研究动机与目标

• 在恒星物理、双星、恒星形成、银河考古、发射星云、系外行星主星与开放星团等领域，提出LAMOST-MRS调查的科学目标。
• 提出一个近乐观的调查策略与覆盖范围，以实现约200万条R~7500光谱和约20万条高时间分辨观测。
• 讨论与太空任务（Gaia、Kepler/K2、TESS）之协同，以及对时域天文学和化学标记的影响。
• 描述包括曝光策略、信噪比预期，以及分为时域（TD）和非时域（NT）两部分的调查计划。

提出的方法

• 描述LAMOST-MRS的仪器设置，R~7500，蓝端（4950–5350 Å）和红端（6300–6800 Å）的特定波长覆盖。
• 给出曝光策略：单次1200 s曝光，NT场使用3×1200 s叠加曝光以在蓝端G~14.5和红端G~15达到近似S/N~10。
• 引入时域观测：在一个夜晚内及多夜之间对每个场进行多次1200 s曝光，以实现径向速度精度和丰度测定。
• 解释径向速度标定方法：使用相对已标定的微分RV以达到晚型恒星约0.2 km/s的精度，绝对RV通过恒定星标定。
• 概述调查仿真，比较TD/NT比率以优化五年计划和目标分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 在银河系中对FGK恒星进行大规模中分辨光谱调查能获得哪些科学见解？
• RQ2 LAMOST-MRS如何在精确径向速度和元素丰度方面实现化学标记与银河考古？
• RQ3 在满足多重科学目标的前提下，时域与非时域观测之间的最佳平衡是什么？
• RQ4 LAMOST-MRS如何与 Gaia、Kepler/K2、TESS 的协同提升系外行星主星表征和时域天文研究？
• RQ5 在大视场高多星复用MRS数据下，开放星团与发射星云科学可以如何开展？

主要发现

• LAMOST-MRS 的目标是在R~7500、G~15等的星体光谱约200万条，以及约有60个观测时程的约20万颗星。
• 蓝端相机覆盖4950–5350 Å，红端覆盖6300–6800 Å，可以实现约20种元素丰度及Hα等发射线的观测。
• 径向速度精度预计对晚型恒星约为1 km/s，使用差分RV可达到时域研究的约0.2 km/s。
• 该调查将推动双星进化、脉动星、恒星形成、发射星云、系外行星主星、银河考古与开放星团等领域的研究。
• 两阶段调查设计（NT与TD）以及多个子项目（MRS-K、MRS-T、MRS-S、MRS-B、MRS-N、MRS-G、MRS-O）计划覆盖多样化科学案例。
• 仿真结果表明在NT+TD场景下，五年内大约有2220次访问，且TD场与NT场数量的安排可优化TD/NT比。