[論文レビュー] VLBI20-30: a scientific roadmap for the next decade -- The future of the European VLBI Network

T. Venturi, Z. Paragi+78 more|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2020

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 3被引用数 10

ひとこと要約

VLBI20-30 は、2030年までのヨーロピアンVLBIネットワーク（EVN）の包括的な科学的ロードマップを提示し、宇宙論、銀河進化、活動銀河核、一時的現象、星系系、天体力学分野における変革的研究を概説している。本論文は、角分解能と感度を向上させ、サブミリアーキセコンドスケールで宇宙を探査するため、技術的アップグレードと多波長・多メッセンジャー施設との戦略的連携を提言している。

ABSTRACT

This white paper describes the science case for Very Long Baseline Interferometry (VLBI) and provides suggestions towards upgrade paths for the European VLBI Network (EVN). The EVN is a distributed long-baseline radio interferometric array, that operates at the very forefront of astronomical research. Recent results, together with the new science possibilities outlined in this vision document, demonstrate the EVN's potential to generate new and exciting results that will transform our view of the cosmos. Together with e-MERLIN, the EVN provides a range of baseline lengths that permit unique studies of faint radio sources to be made over a wide range of spatial scales. The science cases are reviewed in six chapters that cover the following broad areas: cosmology, galaxy formation and evolution, innermost regions of active galactic nuclei, explosive phenomena and transients, stars and stellar masers in the Milky Way, celestial reference frames and space applications. The document concludes with identifying the synergies with other radio, as well as multi-band/multi-messenger instruments, and provide the recommendations for future improvements. The appendices briefly describe other radio VLBI arrays, the technological framework for EVN developments, and a selection of spectral lines of astrophysical interest below 100 GHz. The document includes a glossary for non-specialists, and a list of acronyms at the end.

研究の動機と目的

• 次世代10年間におけるヨーロピアンVLBIネットワーク（EVN）の戦略的ビジョンを定義し、高分解能電波天文学分野におけるリーダーシップを維持すること。
• 改善されたVLBI技術と拡張されたネットワーク能力によって解決可能な、天体物理学分野の主要な科学的課題と機会を同定すること。
• EVNの感度、ダイナミックレンジ、リアルタイム処理能力を向上させるために、技術的アップグレードとインfra構築を提言すること。
• EVNと他の電波・光学・多メッセンジャー観測施設との連携を強化し、多バンドおよび多メッセンジャー天体物理学研究を促進すること。
• 深宇宙航行および惑星科学を支援する高精度天球基準フレームの構築におけるEVNの根幹的役割を確保すること。

提案手法

• EVNは、ヨーロッパおよびそれ以上の地域にまたがる分散型長基線干渉計アレイとしてモデル化され、既存および計画中の電波望遠鏡を活用してサブミリアーキセコンドの角分解能を達成する。
• 感度とダイナミックレンジを向上させるために、広帯域と高サンプリングレートを備えた新規バックエンドシステムの統合をロードマップが提言している。
• 一時的現象や時間領域科学への迅速対応を可能にするために、リアルタイム相関処理および位相アレイ処理技術の導入が推奨されている。
• 本ドキュメントは、新規高帯域レコーディングシステムの導入と強化されたデータ送信ネットワークの構築を含む段階的アップグレード戦略を概説している。
• e-MERLIN、ALMA、SKA、重力波検出器（例：LIGO/Virgo）との連携を強調し、多波長および多メッセンジャー追従観測を可能としている。
• 分子およびメーザーの主要な天体物理学的遷移を観測するための、100 GHz未満のスペクトルライン調査が含まれている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EVNは、活動銀河核および特大質量ブラックホールの内部領域を解明するために、どのようにサブミリアーキセコンドの分解能を達成できるか？
• RQ2 一時的電波源への迅速対応とリアルタイム処理を可能にするために、どのような技術的アップグレードが必要か？
• RQ3 深宇宙航行および基礎物理学の分野において、EVNはどのように高精度天球基準フレームの構築に貢献できるか？
• RQ4 重力波および高エネルギー観測と連携した場合に、EVNが多メッセンジャー天文学分野で最も有望な科学的応用を果たせる分野は何か？
• RQ5 進化を続ける世界の電波天文観測インfra構築の流れの中で、EVNは次世代10年間にわたり科学的リーダーシップをどのように維持できるか？

主な発見

• EVNは、特大質量ブラックホールの10シュバルツシルト半径以内の構造を解像可能であり、強い重力場における一般相対性理論の直接的検証が可能になる。
• ロードマップは、ミルキーウェイおよび近傍銀河内の微弱でコンパクトな電波源およびメーザーを検出するために、帯域幅とダイナミックレンジの拡大が不可欠であると同定している。
• e-MERLINおよびALMAとの連携により、広範な空間スケールおよび周波数範囲で同時観測が可能となり、ダイナミックレンジと源の特徴付けが向上すると予想される。
• EVNは、マイクロアーキセコンド未満の精度を有する次世代天球基準フレームの実現に貢献できる。これは惑星科学および天測定学にとって不可欠である。
• 本ドキュメントは、OH、H2O、SiOメーザーなど、100 GHz未満の特定のスペクトルラインが、星風および降着プロセスの探査に不可欠であると同定している。
• 提案されたアップグレードは、現在の能力比で感度を10～100倍向上させると予想されており、これまで検出できなかった一時的および変動電波源の検出が可能になる。