[论文解读] The Dark Energy Spectrometer (DESpec): A Multi-Fiber Spectroscopic Upgrade of the Dark Energy Camera and Survey for the Blanco Telescope

F. B. Abdalla, J. Annis+30 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 4被引用 11

一句话总结

该论文提出暗能量光谱仪（DESpec），一种用于布兰科4米望远镜暗能量相机的多纤积分场光谱仪升级方案，可在5,000平方度的天区范围内对约800万颗星系进行红移测量。通过将光谱红移数据与暗能量巡天（DES）的成像数据结合，DESpec将显著提升对宇宙加速膨胀、暗能量以及修正引力模型的约束能力。

ABSTRACT

We describe an initiative to build and use the Dark Energy Spectrometer (DESpec), a wide-field spectroscopic survey instrument for the Blanco 4 meter telescope at Cerro Tololo InterAmerican Observatory (CTIO) in Chile. A new system with about 4000 robotically positioned optical fibers will be interchangeable with the CCD imager of the existing Dark Energy Camera (DECam), accessing a field of view of 3.8 square degrees in a single exposure. The proposed instrument will be operated by CTIO and available for use by the astronomy community. Our collaboration proposes to use DESpec to conduct a wide, deep spectroscopic survey to study Dark Energy. In a survey of about 350 nights, the DESpec collaboration proposes to obtain spectroscopic redshifts for about 8 million galaxies over 5000 square degrees selected from the Dark Energy Survey (DES). This Dark Energy Spectroscopic Survey will advance our knowledge of cosmic expansion and structure growth significantly beyond that obtainable with imaging-only surveys. Since it adds a spectroscopic third dimension to the same sky as DES, DESpec will enable increasingly precise techniques to discriminate among alternative explanations of cosmic acceleration, such as Dark Energy and Modified Gravity.

研究动机与目标

• 开发一种大视场、多纤积分场光谱仪，以补充布兰科4米望远镜上的暗能量相机（DECam）。
• 在5,000平方度的天区内，对来自暗能量巡天（DES）成像巡天的约800万颗星系获取光谱红移。
• 通过精确测量宇宙膨胀与大尺度结构增长，测试暗能量与修正引力模型。
• 为天文社区提供一个可访问的广域光谱观测设施，提升暗能量成像巡天的科学产出。
• 通过在同一片天区结合成像与光谱观测，实现高统计效力的宇宙三维映射。

提出的方法

• 部署一种新型仪器，配备约4,000根机械定位的光学纤维，可在单次曝光中同时观测多个星系。
• 将光谱系统安装在现有DECam CCD成像仪的同一焦平面上，实现可互换使用。
• 采用大视场设计，实现每张曝光3.8平方度的视场，最大化巡天效率。
• 开展为期350个夜晚的巡天，为来自DES成像星表的星系获取红移数据。
• 将光谱数据与成像数据整合，生成包含红移信息的宇宙大尺度结构三维图。
• 利用先进的数据处理流水线提取红移，并测量星系团聚与弱引力透镜信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 与仅依赖成像的巡天相比，光谱红移如何改善对暗能量状态方程的约束？
• RQ2 成像与光谱结合在多大程度上能够区分暗能量与修正引力模型？
• RQ3 为最大化宇宙学参数约束，广域深空光谱巡天的最佳策略是什么？
• RQ4 如何高效地在布兰科4米望远镜这类专用巡天望远镜上部署与运行多纤光谱仪？
• RQ5 在5,000平方度的巡天中，使用4,000根纤维，预期能获得多少高质量红移数据？

主要发现

• DESpec仪器设计用于在5,000平方度的天区内获取约800万颗星系的光谱红移。
• 每张曝光使用约4,000根机械定位纤维，覆盖3.8平方度的视场。
• 该仪器将由CTIO运行，并向更广泛的天文社区开放。
• 成像与光谱数据的结合将实现对宇宙膨胀与结构增长的精确测量。
• 该巡天预计将显著提升对暗能量与修正引力模型的约束，其效果远超仅使用成像的可能。
• 该项目预计将在布兰科4米望远镜上占用约350个夜晚的观测时间。