[论文解读] BlueMUSE: Project Overview and Science Cases

Johan Richard, Roland Bacon+60 more|Open Repository and Bibliography (University of Liège)|Jun 4, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 191被引用 35

一句话总结

BlueMUSE 是一个为 VLT 进行蓝色优化的广域场 IFU，将 MUSE 扩展至 350–600 nm，分辨率 R~3600，视场面积翻倍，从而在蓝/紫外波段显著扩展银河系、局部群及高红移科学的研究潜力。

ABSTRACT

We present the concept of BlueMUSE, a blue-optimised, medium spectral resolution, panoramic integral field spectrograph based on the MUSE concept and proposed for the Very Large Telescope. With an optimised transmission down to 350 nm, a larger FoV (1.4 x 1.4 arcmin$^2$) and a higher spectral resolution compared to MUSE, BlueMUSE will open up a new range of galactic and extragalactic science cases allowed by its specific capabilities, beyond those possible with MUSE. For example a survey of massive stars in our galaxy and the Local Group will increase the known population of massive stars by a factor $>$100, to answer key questions about their evolution. Deep field observations with BlueMUSE will also significantly increase samples of Lyman-alpha emitters, spanning the era of Cosmic Noon. This will revolutionise the study of the distant Universe: allowing the intergalactic medium to be detected unambiguously in emission, enabling the study of the exchange of baryons between galaxies and their surroundings. By 2030, at a time when the focus of most of the new large facilities (ELT, JWST) will be on the infra-red, BlueMUSE will be a unique facility, outperforming any ELT instrument in the Blue/UV. It will have a strong synergy with ELT, JWST as well as ALMA, SKA, Euclid and Athena.

研究动机与目标

• 提供 BlueMUSE 仪器概念的概览及其在蓝/紫外天文学格局中的定位。
• 界定支撑其科学目标的关键性能指标与技术设计选择。
• 概述 BlueMUSE 在银河系、局部群、近邻星系及遥远宇宙中所推动的主要科学计划。

提出的方法

• 将 MUSE 架构改造为面向蓝色优化的性能，保持相似的模块化设计。
• 采用曲面探测器作为潜在升级，以提高视场和成像质量。
• 目标覆盖 350–600 nm，分辨率 R>3000（平均 R≈3600），空间取样为 0.3 arcsec，视场为 1.4 arcmin × 1.4 arcmin。
• 在包含望远镜与大气等因素的端到端透过率方面，维持与 MUSE 可比的性能，在整个波段达到 >15% 的最低透过率和 >25% 的平均透过率。
• 在能见度限制的全景 IFU 模式下运行，使用 24x4Kx4K CCDs，并采用固定的光谱/空间格式以降低风险。

实验结果

研究问题

• RQ1 在可获取的基础设施条件下，BlueMUSE 是否能够在大质量星谱学方面实现相对于以往调查的数百倍提升？
• RQ2 通过对 350–600 nm 的蓝波段高多星效的光谱观测，可以在球状星团的多重族群与超暗矮星系方面获得哪些新见解？
• RQ3 蓝波段光谱如何通过 [O III] 4363 和 [O II] 3727 线改善离子化星雾体丰度与 O/H 诊断的测量？
• RQ4 BlueMUSE 对研究 Lyman-α 发射体以及在 z~2–3 的星系圆际/星际介质的影响如何？
• RQ5 BlueMUSE 将如何与 ELT、JWST、ALMA、SKA、Euclid 与 Athena 协同，推动在星系演化研究中的多波长观测方法？

主要发现

• BlueMUSE 可以在银河系和局部群中将已知的巨型恒星数量提升超过 100 倍。
• BlueMUSE 提供 350–600 nm 的光谱，分辨率约为 R ~ 3600，约等于在重叠区间将 MUSE 的光谱分辨率翻倍。
• 该仪器以 0.3′′ 空间采样、1.4′×1.4′ 的视场，能够在如年轻星团等拥挤区域实现光谱的去混叠。
• BlueMUSE 使得高通量、可解决拥挤星场的蓝波段光谱调查变得高效且可行， fibre-based MOS 仪器此前难以实现。
• 在遥远宇宙，BlueMUSE 使得在发射与探测间断的介质中清晰检测到星际介质的发射信号成为可能，并改善对近 Cosmic Noon 期的 Lyα 研究。
• 相较于 Keck KCWI，BlueMUSE 由于更大的视场和更高的通量/稳定性，效率提升可达两个数量级。