[论文解读] J-PAS: The Javalambre-Physics of the Accelerated Universe Astrophysical Survey

N. Benı́tez, Renato A. Dupke+150 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2014

Space Technology and Applications参考文献 8被引用 148

一句话总结

J-PAS 提出了一项宽区域、窄带测光巡天，使用54个间隔100Å的滤镜，以在北天8,500 deg²范围内对9,000万颗星系和类星体实现0.003(1+z)精度的高精度测光红移。通过模拟4,000倍复用效率的低分辨率光谱仪，该巡天以前所未有的速度和成本效益实现了第四阶段BAO、弱引力透镜和瞬变源巡天，建立了基础性的宇宙学数据集。

ABSTRACT

The Javalambre-Physics of the Accelerated Universe Astrophysical Survey (J-PAS) is a narrow band, very wide field Cosmological Survey to be carried out from the Javalambre Observatory in Spain with a purpose-built, dedicated 2.5m telescope and a 4.7 sq.deg. camera with 1.2Gpix. Starting in late 2015, J-PAS will observe 8500sq.deg. of Northern Sky and measure $0.003(1+z)$ photo-z for $9 imes10^7$ LRG and ELG galaxies plus several million QSOs, sampling an effective volume of $\sim 14$ Gpc$^3$ up to $z=1.3$ and becoming the first radial BAO experiment to reach Stage IV. J-PAS will detect $7 imes 10^5$ galaxy clusters and groups, setting constrains on Dark Energy which rival those obtained from its BAO measurements. Thanks to the superb characteristics of the site (seeing ~0.7 arcsec), J-PAS is expected to obtain a deep, sub-arcsec image of the Northern sky, which combined with its unique photo-z precision will produce one of the most powerful cosmological lensing surveys before the arrival of Euclid. J-PAS unprecedented spectral time domain information will enable a self-contained SN survey that, without the need for external spectroscopic follow-up, will detect, classify and measure $σ_z\sim 0.5\%$ redshifts for $\sim 4000$ SNeIa and $\sim 900$ core-collapse SNe. The key to the J-PAS potential is its innovative approach: a contiguous system of 54 filters with $145Å$ width, placed $100Å$ apart over a multi-degree FoV is a powerful "redshift machine", with the survey speed of a 4000 multiplexing low resolution spectrograph, but many times cheaper and much faster to build. The J-PAS camera is equivalent to a 4.7 sq.deg. "IFU" and it will produce a time-resolved, 3D image of the Northern Sky with a very wide range of Astrophysical applications in Galaxy Evolution, the nearby Universe and the study of resolved stellar populations.

研究动机与目标

• 在北天8,500 deg²范围内，对9×10⁷颗明亮红序星系（LRG）和高红序星系（ELG）及数百万颗类星体（QSO）实现0.003(1+z)精度的测光红移测量。
• 利用窄带成像获得的测光红移，开展基于测光红移的第四阶段宇宙学重力波振荡（BAO）实验。
• 探测并表征约7×10¹个星系团和星系群，以约束暗能量。
• 实现一个自包含的超新星巡天，独立探测并分类约4,000颗Ia型超新星和约900颗核心坍缩型超新星，红移精度达到σz ~ 0.5%。
• 生成北天深空、亚角秒级的三维成像巡天，用于星系演化、分辨恒星族和瞬变源研究。

提出的方法

• 在哈瓦拉布雷观测站部署一台2.5米望远镜，配备1.2 Gpix相机（JPCam）和一套定制的54个窄带滤镜系统，每个滤镜宽145Å，间隔100Å。
• 利用密集的滤镜采样，模拟4,000倍复用效率的低分辨率光谱仪，实现在无需光谱观测的情况下获得高精度测光红移。
• 开展覆盖8,500 deg²的广角巡天，视场达数度，实现约0.7"视宁度的深空成像。
• 利用相机的大视场和高测光精度，实现对天空的时间分辨三维成像巡天，功能上等效于广角积分场单元（IFU）。
• 应用基于密集滤镜集训练的测光红移算法，实现对星系和类星体的亚百分之一红移精度。
• 利用高时间重复率成像，独立探测并分类瞬变源，包括Ia型和核心坍缩型超新星，无需外部光谱后续观测。

实验结果

研究问题

• RQ1 54个滤镜的窄带测光巡天是否能在大天区范围内实现0.003(1+z)精度的测光红移？
• RQ2 此类滤镜系统是否可在无需光谱红移的情况下实现第四阶段BAO实验？
• RQ3 该系统获得的测光红移在多大程度上可支持弱引力透镜和星系团质量测量，以约束暗能量？
• RQ4 该巡天是否可仅通过测光手段独立探测、分类并测量数千颗超新星的红移？
• RQ5 该成像方法在星系演化和分辨恒星族研究中作为时间分辨三维巡天的有效性如何？

主要发现

• J-PAS将在北天8,500 deg²范围内，对9×10¹颗星系和类星体实现0.003(1+z)精度的测光红移测量。
• 该巡天将探测并表征约7×10¹个星系团和星系群，其暗能量约束能力可与BAO测量相媲美。
• J-PAS将探测并测量约4,000颗Ia型超新星和900颗核心坍缩型超新星的红移，精度达到σz ~ 0.5%。
• 该巡天将生成北天深空、亚角秒级的图像，使本巡天成为欧几里得（Euclid）任务之前最强大的宇宙学弱引力透镜巡天之一。
• 54个滤镜系统提供的测光红移性能等效于4,000倍复用效率的低分辨率光谱仪，但成本和建造时间仅为后者的几分之一。
• 该巡天将成为宇宙学、星系演化和瞬变源研究的基石性、多用途数据集，具有跨越多个天体物理学领域的持久遗产价值。