[论文解读] The Wide Field Infrared Survey Telescope: 100 Hubbles for the 2020s

Rachel Akeson, L. Armus+104 more|arXiv (Cornell University)|Feb 14, 2019

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 15被引用 170

一句话总结

本文概述了 WFIRST 的设计及预期性能，WFIRST 是一颗 2.4m 的太空望远镜，具广域近红外观测领域、一个相机/遮蔽仪（coronagraph），以及 GO-program 的潜力，计划于 2025 年发射。

ABSTRACT

The Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) is a 2.4m space telescope with a 0.281 deg^2 field of view for near-IR imaging and slitless spectroscopy and a coronagraph designed for > 10^8 starlight suppresion. As background information for Astro2020 white papers, this article summarizes the current design and anticipated performance of WFIRST. While WFIRST does not have the UV imaging/spectroscopic capabilities of the Hubble Space Telescope, for wide field near-IR surveys WFIRST is hundreds of times more efficient. Some of the most ambitious multi-cycle HST Treasury programs could be executed as routine General Observer (GO) programs on WFIRST. The large area and time-domain surveys planned for the cosmology and exoplanet microlensing programs will produce extraordinarily rich data sets that enable an enormous range of Archival Research (AR) investigations. Requirements for the coronagraph are defined based on its status as a technology demonstration, but its expected performance will enable unprecedented observations of nearby giant exoplanets and circumstellar disks. WFIRST is currently in the Preliminary Design and Technology Completion phase (Phase B), on schedule for launch in 2025, with several of its critical components already in production.

研究动机与目标

• 通过总结当前的 WFIRST 设计与预期能力，以激励并为 Astro2020 白皮书提供信息。
• 突出 WFIRST 如何显著提升与 Hubble Space Telescope 的 UV/可见光能力相比的广域近红外观测。
• 描述 WFIRST 调查所开启的在宇宙学、系外行星微透镜和档案研究方面的科学机会。
• 展示阶段 B 设计与生产线中的状态、时间表及关键部件。
• 概述 Coronagraph 如何作为未来系外行星和盘观测的技术示范。

提出的方法

• 描述 WFIRST 的技术规格：2.4 m 的望远镜，具 0.281 deg^2 的近红外成像和无缝光谱场。
• 总结预期性能，以及调查如何转化为大面积、时域数据集。
• 讨论 coronagraph 作为技术示范的作用及其对近距巨大系外行星和圆周星盘的预期能力。
• 解释观测项目结构：潜在的日常 GO 计划和丰富的档案数据用于广泛的 AR 调查。
• 提供项目状态：Phase B（初步设计与技术完成）以及 2025 年发射时间线。

实验结果

研究问题

• RQ1 WFIRST 的广域近红外观测能力与 HST 在关键科学目标方面相比如何？
• RQ2 WFIRST 在 2020s 对宇宙学、系外行星微透镜和时域天文学的预期影响是什么？
• RQ3 WFIRST Phase B 设计的关键性能指标和技术里程碑是什么？
• RQ4 Coronagraph 将为系外行星和围星盘研究开启哪些能力，这如何作为技术示范？
• RQ5 如何将 HST Treasury 类计划转化为 WFIRST 的 GO 计划？

主要发现

• WFIRST 在广域近红外 survey 上的效率比 HST 高出数百倍。
• 面向多周期的 HST Treasury 计划可以作为 WFIRST 的常规 GO 计划执行。
• 大面积和时域调查将产生丰富的数据集，促成广泛的档案研究。
• 将 coronagraph 定义为一个技术示范，其性能将实现前所未有的对附近巨大系外行星和环绕星盘的观测。
• WFIRST 处于 Preliminary Design and Technology Completion（Phase B），发射时间表为 2025，且若干关键部件已在生产。