[论文解读] Continuum surveys with LOFAR and synergy with future large surveys in the 1-2 GHz band

R. Morganti, H. J. A. Röttgering+10 more|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2010

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 19被引用 9

一句话总结

本文概述了LOFAR在低频段（15–200 MHz）的连续谱巡天计划及其与未来ASaskap和Apertif等设施在1–2 GHz频段的高频频段巡天之间的协同效应。文章强调了LOFAR宽视场和对大质量星系形成、星系团磁场、早期恒星形成以及偶然发现的独特潜力，跨频段研究可实现对亚mJy源的详细光谱和星际介质（ISM）分析。

ABSTRACT

Radio astronomy is entering the era of large surveys. This paper describes the plans for wide surveys with the LOw Frequency ARray (LOFAR) and their synergy with large surveys at higher frequencies (in particular in the 1-2 GHz band) that will be possible using future facilities like Apertif or ASKAP. The LOFAR Survey Key Science Project aims at conducting large-sky surveys at 15, 30, 60, 120 and 200 MHz taking advantage of the wide instantaneous field of view and of the unprecedented sensitivity of this instrument. Four topics have been identified as drivers for these surveys covering the formation of massive galaxies, clusters and black holes using z>6 radio galaxies as probes, the study of the intercluster magnetic fields using diffuse radio emission and Faraday rotation measures in galaxy clusters as probes and the study of star formation processes in the early Universe using starburst galaxies as probes. The fourth topic is the exploration of new parameter space for serendipitous discovery taking advantage of the new observational spectral window open up by LOFAR. Here, we briefly discuss the requirements of the proposed surveys to address these (and many others!) topics as well as the synergy with other wide area surveys planned at higher frequencies (and in particular in the 1-2 GHz band) with new radio facilities like ASKAP and Apertif. The complementary information provided by these surveys will be crucial for detailed studies of the spectral shape of a variety of radio sources (down to sub-mJy sources) and for studies of the ISM (in particular HI and OH) in nearby galaxies.

研究动机与目标

• 设计LOFAR在15–200 MHz频段的大范围连续谱巡天，以探索早期宇宙中的关键天体物理现象。
• 识别并研究高红移射电星系（z > 6），作为大质量星系与黑洞形成的研究探针。
• 利用星系团中弥散射电发射研究团簇磁场和法拉第旋转。
• 通过星暴星系作为示踪剂，研究早期宇宙中的恒星形成过程。
• 通过利用LOFAR在1–2 GHz频段的新频谱窗口，实现偶然发现。

提出的方法

• 利用LOFAR的宽瞬时视场和高灵敏度，在15、30、60、120和200 MHz频段开展大范围天区巡天。
• 利用z > 6的射电星系作为示踪剂，研究高红移下大质量星系与超大质量黑洞的形成。
• 分析星系团中弥散射电发射和法拉第旋转测量值，以绘制团簇磁场分布。
• 利用星暴星系作为早期宇宙中恒星形成活动的探针。
• 将LOFAR数据与未来1–2 GHz频段的巡天（如ASKAP、Apertif）结合，研究射电源的光谱能量分布。
• 整合多频段数据，研究近邻星系中星际介质（ISM），特别是HI和OH的特性。

实验结果

研究问题

• RQ1 LOFAR的低频巡天如何追踪z > 6时大质量星系与黑洞的形成与演化？
• RQ2 星系团中弥散射电发射和法拉第旋转可为团簇磁场提供哪些新见解？
• RQ3 高红移星暴星系如何揭示早期宇宙中恒星形成的演化历史？
• RQ4 通过LOFAR的宽频谱窗口，可偶然发现哪些新型天体物理源？
• RQ5 1–2 GHz频段的多频段巡天如何增强对射电源光谱形状和ISM特性的研究？

主要发现

• LOFAR在15–200 MHz频段的巡天将为研究高红移射电星系及其环境提供前所未有的灵敏度和大范围覆盖。
• LOFAR与未来1–2 GHz巡天（如ASKAP、Apertif）的协同效应，将使射电源的光谱能量分布测量精度达到亚mJy量级。
• 星系团中弥散射电发射和法拉第旋转测量将实现对团簇尺度磁场的映射。
• LOFAR巡天中探测到的星暴星系将成为早期宇宙中强烈恒星形成活动的关键示踪剂。
• 低频LOFAR数据与高频巡天的结合，将显著提升对近邻星系中星际介质（特别是HI和OH）的约束。
• LOFAR在1–2 GHz频段探测新射电参数空间的能力，将增强偶然发现的潜力。