[论文解读] Designing Future Dark Energy Space Mission: I. Building Realistic Galaxy Spectro-Photometric Catalogs and their first applications

S. Jouvel, Jean‐Paul Kneib+13 more|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2009

Astronomy and Astrophysical Research被引用 44

一句话总结

本文提出了两个真实、公开可用的模拟星系星表——基于COSMOS巡天和GOODS星等函数——用于设计未来的暗能量空间任务。结果表明，将光谱巡天波段从1–1.7µm扩展至0.6–1.7µm，可使光度红移校准的可靠星系比例提升至约80%，从而实现高精度的弱引力透镜时域测量和BAO测量，这对宇宙学研究至关重要。

ABSTRACT

Future dark energy space missions such as JDEM and EUCLID are being designed to survey the galaxy population to trace the geometry of the universe and the growth of structure, which both depend on the cosmological model. To reach the goal of high precision cosmology they need to evaluate the capabilities of different instrument designs based on realistic mock catalog. The aim of this paper is to construct realistic and flexible mock catalogs based on our knowledge of galaxy population from current deep surveys. We explore two categories of mock catalog : (i) based on luminosity functions fit of observations (GOODS, UDF,COSMOS,VVDS) using the Le Phare software (ii) based on the observed COSMOS galaxy distribution which benefits from all the properties of the data-rich COSMOS survey. For these two catalogs, we have produced simulated number counts in several bands, color diagrams and redshift distribution for validation against real observational data. We also derive some basic requirements to help designing future Dark Energy mission in terms of number of galaxies available for the weak-lensing analysis as a function of the PSF size and depth of the survey. We also compute the spectroscopic success rate for future spectroscopic redshift surveys (i) aiming at measuring BAO in the case of the wide field spectroscopic redshift survey, and (ii) for the photometric redshift calibration survey which is required to achieve weak lensing tomography with great accuracy. They will be publicly accessible at http://lamwws.oamp.fr/cosmowiki/RealisticSpectroPhotCat, or by request to the first author of this paper.

研究动机与目标

• 开发真实、灵活的模拟星系星表，以反映当前深空巡天数据，用于预测未来暗能量任务的性能表现。
• 评估巡天深度、PSF尺寸以及光谱波段覆盖对弱引力透镜和BAO测量中星系产量的影响。
• 确定在大视场巡天中，用于光度红移校准和BAO探测的最优光谱巡天策略。
• 通过与真实数据（星等、颜色、红移、大小、发射线分布）对比，验证星表的可靠性，以确保其在任务设计中的适用性。

提出的方法

• 利用COSMOS场的多波段测光（30个波段）和HST/ACS成像，构建COSMOS模拟星表（CMC），推导出红移、SED、大小和发射线强度。
• 使用Le Phare软件生成GOODS星等函数星表（GLFC），基于拟合GOODS、UDF、COSMOS和VVDS数据的红移演化Schechter星等函数。
• 通过对比模拟的星数密度、颜色图、红移分布和发射线强度与真实巡天数据，考虑选择函数，验证两个星表的可靠性。
• 利用星表模拟不同红移区间和星等极限下的光谱成功率达（SSR），评估BAO和光度红移校准的完整性。
• 评估PSF尺寸和巡深对弱引力透镜测量中可分辨星系数量的影响，区分地面与空间巡天的差异。
• 基于VVDS-DEEP数据建模发射线流量，预测光谱产量，并评估不同星系类型（椭圆星系、旋涡星系、星暴星系）的完整性。

实验结果

研究问题

• RQ1 为实现弱引力透镜时域测量中超过80%的可靠光度红移校准，最优的光谱波段覆盖范围是什么？
• RQ2 在深空巡天中，选择地面或空间光谱观测对光谱确认星系产量有何影响？
• RQ3 基于星等函数和数据驱动的模拟星表在多大程度上能再现真实巡天可观测量（如星等、颜色和红移分布）？
• RQ4 PSF尺寸和巡深如何共同影响可用于弱引力透镜形状测量的可分辨星系数量？
• RQ5 未来暗能量任务中，实现稳健的BAO和弱引力透镜测量所需的巡深和光谱完整性水平是多少？

主要发现

• 将光谱巡天波段从1–1.7µm扩展至0.6–1.7µm，可使具有高度可靠光谱红移的星系比例提升至接近80%，从而实现高精度的光度红移校准。
• CMC星表在星数密度上与观测值的偏差小于20%，在0.4–2.2µm波段的中位颜色差异为0.1–0.2 mag，表现出良好的一致性。
• 对于弱引力透镜时域测量，深空可见光与近红外巡天（I ~25.5）可实现每平方弧分60个星系的星场密度，且可靠红移的完整性约为80%。
• 地面巡天受限于大气视宁度导致的PSF，仅能分辨I > 25的星系，而空间巡天因PSF更小且深度更深，可分辨更暗的星系。
• 利用Hα发射线进行大视场BAO巡天，在红移范围0.5 < z < 1.5内，H < 22.5的星场密度可达每平方弧分4个星系。
• GLFC可支持比CMC更深的巡天预测，但在近红外波段的外推仍存在显著不确定性。