[论文解读] Schwarzschild Lecture 2014: HectoMAPping The Universe

Margaret J. Geller, Ho Seong Hwang|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 51被引用 3

一句话总结

本文提出HectoMAP，一项大规模宇宙学巡天，结合了MMT望远镜上Hectospec仪器的密集红移巡天与斯巴鲁HyperSuprime-Cam的弱引力透镜图。通过将光谱星系分布与暗物质图结合，HectoMAP能够可靠地探测星系在宇宙时间中如何追踪暗物质，特别是在空洞和大尺度结构中，目标红移范围为 z ≈ 0.55，共动尺度达1.3 Gpc。

ABSTRACT

During the last three decades progress in mapping the universe from an age of 400,000 years to the present has been stunning. Instrument/telescope combinations have naturally determined the sampling of various redshift ranges. Here we outline the impact of the Hectospec on the MMT on exploration of the universe in the redshift range 0.2 < z < 0.8. We focus on dense redshift surveys, SHELS and HectoMAP. SHELS is a complete magnitude limited survey covering 8 square degrees. The HectoMAP survey combines a red-selected dense redshift survey and a weak lensing map covering 50 square degrees. Combining the dense redshift survey with a Subaru HyperSuprimeCam (HSC) weak lensing map will provide a powerful probe of the way galaxies trace the distribution of dark matter on a wide range of physical scales.

研究动机与目标

• 使用光谱红移与弱透镜相结合的方法，绘制宇宙时间中星系与暗物质的大尺度分布。
• 研究星系如何追踪潜在的暗物质分布，特别是低密度区域（如空洞）中的情况。
• 通过覆盖显著更大的体积（高达1.3 Gpc × 55 Mpc）和更高的红移（z ≈ 0.7–0.8），扩展先前的先导巡天。
• 提供一个稳健的数据集，用于结合光谱与测光探测手段，测试结构形成与星系演化模型。
• 通过密集光谱巡天作为校准基准，解决测光红移中的未解不确定性。

提出的方法

• 利用MMT望远镜上的Hectospec多目标光谱仪，每晚在中值红移 z ≈ 0.3 处获取约2000个星系的红移。
• 将红移巡天（HectoMAP）与斯巴鲁HyperSuprime-Cam（HSC）在50平方度范围内的弱引力透镜质量图相结合。
• 采用红选样本，针对红移范围 0.2 ≲ z ≲ 0.8 的星系，聚焦于天空中密集且连续的区域。
• 应用统计技术，将光谱获得的星系密度场与弱引力透镜获得的投影暗物质图进行比较。
• 以SHELS巡天为基础，该巡天是覆盖8平方度的完整星等限制巡天，包含光谱红移。
• 利用Hectospec的高动态范围（300根纤维，1°视场）高效地对富集星系团与大尺度结构进行巡天。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系在从星系团到空洞的广泛物理尺度上，如何追踪暗物质的分布？
• RQ2 星系分布中的空洞在多大程度上与弱引力透镜揭示的暗物质分布中的低密度区域对齐？
• RQ3 密集的光谱红移巡天能否提升弱引力透镜研究中所用测光红移的校准与可靠性？
• RQ4 从 z ≈ 0.55 到更高红移（z ≈ 0.7–0.8）的空洞大小分布函数如何演化？
• RQ5 星系的团聚特性与大尺度结构中潜在物质功率谱之间有何关系？

主要发现

• HectoMAP巡天在 z ≈ 0.55 处覆盖了约1.3 Gpc × 55 Mpc的共动横向尺度，显著大于先前的巡天（如VIPERS）。
• 将密集红移巡天与弱透镜图结合，使得星系与暗物质分布的大尺度直接比较成为可能，且结果稳健。
• 该巡天有望提供从 z ≈ 0.7–0.8 范围内空洞大小分布函数及其演化的可靠估计。
• 前景光谱巡天将允许对弱透镜图中星系洼地与质量洼地之间的对齐关系进行观测检验。
• HectoMAP项目基于先前的先导巡天（如Geller et al. 2005, 2014a；Hwang et al. 2014），在面积与深度上均有所扩展。
• 该巡天旨在检验一个假设：星系分布中的空洞与暗物质场中的低密度区域相对应，这一假设由van Waerbeke et al. (2013) 使用测光红移提出。