[論文レビュー] The Future of Multi-Object Spectroscopy: a ESO Working Group Report

Richard S. Ellis, Joss Bland‐Hawthorn+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2017

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 11

ひとこと要約

このESO作業部会レポートは、10–12mクラスの光学分光スケール望遠鏡を提案しており、5平方度の視野を備えることで、画期的な天体物理学的研究を可能にする。この望遠鏡は、銀河系およびローカル団銀河団の深さのある化学動力学的調査を実施し、赤方偏移z=2–5における発光線および吸収線分光法を用いて宇宙網の進化を追跡するとともに、LSSTの変光天体の追従観測を支援する。今後、技術的実現可能性と科学的画期的成果を有する概念設計研究の実施が推奨される。

ABSTRACT

(Abridged) We consider the scientific case for a large aperture (10-12m class) optical spectroscopic survey telescope with a field of view comparable to that of LSST. Such a facility could enable transformational progress in several areas of astrophysics, and may constitute an unmatched capability for decades. Deep imaging from LSST and Euclid will provide accurate photometry for spectroscopic targets beyond the reach of 4m class instruments. Such a facility would revolutionise our understanding of the assembly and enrichment history of the Milky Way and the role of dark matter through chemo-dynamical studies of tens of millions of stars in the Local Group. Emission and absorption line spectroscopy of redshift z=2-5 galaxies can be used to directly chart the evolution of the cosmic web and examine its connection with activity in galaxies. The facility will also have synergistic impact, e.g. in following up live and transpired transients found with LSST, as well as providing targets and the local environmental conditions for follow-up studies with E-ELT and future space missions. Although our study is exploratory, we highlight a specific telescope design with a 5 square degree field of view and an additional focus that could host a next-generation panoramic IFU. We discuss some technical challenges and operational models and recommend a conceptual design study aimed at completing a more rigorous science case in the context of a costed technical design.

研究の動機と目的

• E-ELT時代以降の大型口径・広視野光学分光スケール望遠鏡の科学的潜在能力を評価すること。
• 星や銀河の深さのある広域調査において、マルチオブジェクト分光法の能力に欠ける点を是正すること。
• 次世代スケール望遠鏡が高多重性と広視野を備えることで必要とされる、主要な天体物理学的科学的駆動要因を特定すること。
• 技術的に実現可能で科学的に画期的な望遠鏡を実現するための概念設計研究を提言すること。

提案手法

• 10–12mクラスの望遠鏡を提案し、5平方度の視野を備えることで、数百万の標的に対する高多重分光を可能にする。
• 専用焦点に次世代のパンorマチックインテグラルフィールドユニット（IFU）を統合し、空間分解能のある分光観測を実現する。
• LSSTおよびEuclidと連携し、写真的標的選定および赤方偏移推定を支援する。
• 4mクラス望遠鏡の既存データをベースラインとして用い、より大きな施設の科学的利点を定義する。
• 現実的な観測条件、多重性、感度推定値を用いて、調査性能をモデル化する。
• 技術的および運用的アセスメントを実施し、主な工学的課題と運用モデルを特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 広視野・高スループット分光スケール調査によって、銀河系およびローカル団銀河団でどのような科学的進歩が達成可能となるか？
• RQ2 5平方度の視野は、赤方偏移z=2–5における発光線および吸収線分光法を用いて、宇宙網の進化をどのように解明可能にするか？
• RQ3 LSST、Euclid、およびE-ELTと最大限の相乗効果を得られるようにするための、将来のスケール望遠鏡の最適設計は何か？
• RQ4 このような施設を実現するために克服すべき技術的および運用的課題は何か？
• RQ5 他の将来の施設と比較して、この施設の科学的投資利益率はどの程度か？

主な発見

• 10–12mクラスの望遠鏡に5平方度の視野を備えることで、銀河系およびローカル団銀河団の数千万の星の化学動力学的調査が可能となり、銀河の構築およびダークマターの理解が画期的に進展する。
• この施設により、赤方偏移z=2–5の銀河の発光線および吸収線分光法を用いて、宇宙網の直接的マッピングが可能となり、大規模構造と銀河進化の関連性が明確にされる。
• LSSTおよびEuclidとの連携により、4mクラス望遠鏡では到達できない領域の写真的標的選定が可能となり、分光観測の追従が可能になる。
• 専用焦点に次世代のパンorマチックIFUを組み込むことで、拡張した天体の空間分解能のある分光観測が可能となり、科学的成果が向上する。
• 光学系、焦点面設計、データ処理における顕著な技術的課題が同定されたが、概念設計研究の実施が適切であると結論づけられた。
• 提案された施設は数十年にわたり科学的に他に類がなく、複数の天体物理学的分野において画期的な能力を提供する。