[論文レビュー] Wide-field Multi-object Spectroscopy to Enhance Dark Energy Science from LSST

Jeffrey A. Newman, J. Blazek+15 more|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 64被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、8–40m望遠鏡における広視野・マルチオブジェクト分光法（MOS）が、LSSTからのダークエネルギー測定を顕著に向上させると提案している。具体的には、光度赤方偏移の精度向上、銀河環境依存性の制約、ブレンド効果の低減が可能となる。主な貢献は、深さのある、コミュニティがアクセス可能なMOS調査が、LSSTの複数の科学プログラムにわたるより正確な宇宙論的プローブを可能にすることにある。

ABSTRACT

Community access to deep (i ~ 25), highly-multiplexed optical and near-infrared multi-object spectroscopy (MOS) on 8-40m telescopes would greatly improve measurements of cosmological parameters from LSST. The largest gain would come from improvements to LSST photometric redshifts, which are employed directly or indirectly for every major LSST cosmological probe; deep spectroscopic datasets will enable reduced uncertainties in the redshifts of individual objects via optimized training. Such spectroscopy will also determine the relationship of galaxy SEDs to their environments, key observables for studies of galaxy evolution. The resulting data will also constrain the impact of blending on photo-z's. Focused spectroscopic campaigns can also improve weak lensing cosmology by constraining the intrinsic alignments between the orientations of galaxies. Galaxy cluster studies can be enhanced by measuring motions of galaxies in and around clusters and by testing photo-z performance in regions of high density. Photometric redshift and intrinsic alignment studies are best-suited to instruments on large-aperture telescopes with wider fields of view (e.g., Subaru/PFS, MSE, or GMT/MANIFEST) but cluster investigations can be pursued with smaller-field instruments (e.g., Gemini/GMOS, Keck/DEIMOS, or TMT/WFOS), so deep MOS work can be distributed amongst a variety of telescopes. However, community access to large amounts of nights for surveys will still be needed to accomplish this work. In two companion white papers we present gains from shallower, wide-area MOS and from single-target imaging and spectroscopy.

研究の動機と目的

• LSSTの主な宇宙論的プローブに広く用いられる光度赤方偏移の精度を向上させるために、深さのある、高多重度の分光訓練データを提供すること。
• 密集した環境における銀河スペクトルエネルギー分布（SED）の測定を通じて、ブレンド効果が光度赤方偏移の不確実性に与える影響を制約すること。
• 標的となる分光キャンペーンによって銀河の向きの内在的整列を測定し、弱引力レンズの宇宙論を向上させること。
• 銀河クラスタ内の銀河および周囲の銀河の径方向速度を測定することで銀河クラスタ研究を前進させ、高密度領域における写真赤方偏移（photo-z）の性能を検証すること。
• 異なる視野角を有する複数の大口径望遠鏡を用いた、分散型でコミュニティがアクセス可能なMOS調査戦略を実現すること。

提案手法

• 8–40m望遠鏡を用い、光学および近赤外域の深さ（i ~ 25）、高多重度のMOSを活用し、LSSTの光度赤方偏移の訓練とキャリブレーションを実施する。
• 写真赤方偏移および内在的整列の研究を目的として、広視野を持つ大口径望遠鏡（例：Subaru/PFS、MSE、GMT/MANIFEST）を用いた焦点を当てた分光キャンペーンを展開する。
• 高空間分解能を要する、標的となるクラスタ調査には、小視野の機器（例：Keck/DEIMOS、Gemini/GMOS、TMT/WFOS）を用いる。
• 銀河の運動を分光的に測定することで、クラスタ内での動的質量推定と、密集した環境における写真赤方偏移の検証を可能にする。
• 分光データを統合し、銀河スペクトルエネルギー分布（SED）とその環境的性質との関係をモデル化する。
• 高精度な分光的赤方偏移を用いて、光度赤方偏移アルゴリズムのトレーニングセットを最適化し、LSSTの宇宙論的サンプルにおける不確実性を低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 深さのある広視野マルチオブジェクト分光法は、多様な銀河集団にわたるLSSTの光度赤方偏移の不確実性をどのように低減できるか？
• RQ2 銀河のSEDに及ぼされる環境的要因が光度赤方偏移の精度に与える影響はどの程度で、分光法によってこれらの依存関係をどのように定量できるか？
• RQ3 ごみだらけのフィールドにおけるブレンド効果が光度赤方偏移の性能に与える影響は何か。分光データはこれらの系制度を補正できるか？
• RQ4 内在的銀河整列が弱引力レンズの宇宙論に与える影響は何か。標的となるMOSキャンペーンによってこの効果をどのように制約できるか？
• RQ5 分光的フォローアップを用いて、銀河クラスタのような高密度領域における写真赤方偏移の性能をどの程度まで検証できるか？

主な発見

• 8–40m望遠鏡における深さのある、コミュニティがアクセス可能なMOSは、赤方偏移アルゴリズムの最適化を可能にすることで、LSSTにおける光度赤方偏移の不確実性を顕著に低減する。
• 分光データにより、銀河のSEDとその環境との関係を制約でき、銀河進化および光度赤方偏移の系制度のモデル化が向上する。
• 密集した領域における高精度な分光測定を用いることで、光度赤方偏移に及ぼすブレンド効果を定量的かつ低減可能となる。
• 焦点を当てた分光キャンペーンにより、銀河の向きの内在的整列を測定することで、弱引力レンズの宇宙論が向上する。
• 銀河クラスタ研究は、クラスタ内および周囲の銀河の径方向速度の分光測定と、高密度環境における写真赤方偏移の性能検証により恩恵を受ける。
• 広視野および狭視野の両方の機器を用いた分散型の戦略により、多様な宇宙論的対象を網羅的に分光的にカバーできる。