[论文解读] The Herschel-SPIRE Legacy Survey (HSLS): the scientific goals of a shallow and wide submillimeter imaging survey with SPIRE

Asantha Cooray, Steve Eales+248 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2010

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 45被引用 3

一句话总结

赫歇尔-SPIRE遗产巡天（HSLS）提出了一项浅深度、大范围的亚毫米波巡天，覆盖4,000平方度，波长为250、350和500 µm，旨在探测250万至300万颗星系，其灵敏度分别达到26、27和33 mJy，重点在于高红移源（三分之二的源红移z > 1，三分之一的源z > 2，约1,000个源z > 5）。该巡天旨在支持宇宙学研究，减少宇宙微波背景（CMB）实验中的混淆效应，识别强引力透镜化的亚毫米波源以检验广义相对论，并在高银纬区域绘制原星系团和富含尘埃的系统。

ABSTRACT

A large sub-mm survey with Herschel will enable many exciting science opportunities, especially in an era of wide-field optical and radio surveys and high resolution cosmic microwave background experiments. The Herschel-SPIRE Legacy Survey (HSLS), will lead to imaging data over 4000 sq. degrees at 250, 350, and 500 micron. Major Goals of HSLS are: (a) produce a catalog of 2.5 to 3 million galaxies down to 26, 27 and 33 mJy (50% completeness; 5 sigma confusion noise) at 250, 350 and 500 micron, respectively, in the southern hemisphere (3000 sq. degrees) and in an equatorial strip (1000 sq. degrees), areas which have extensive multi-wavelength coverage and are easily accessible from ALMA. Two thirds of the of the sources are expected to be at z > 1, one third at z > 2 and about a 1000 at z > 5. (b) Remove point source confusion in secondary anisotropy studies with Planck and ground-based CMB data. (c) Find at least 1200 strongly lensed bright sub-mm sources leading to a 2% test of general relativity. (d) Identify 200 proto-cluster regions at z of 2 and perform an unbiased study of the environmental dependence of star formation. (e) Perform an unbiased survey for star formation and dust at high Galactic latitude and make a census of debris disks and dust around AGB stars and white dwarfs.

研究动机与目标

• 在4,000平方度范围内开展浅深度、大范围的亚毫米波巡天，以支持对高红移星系和尘埃辐射的大尺度研究。
• 建立一个包含250万至300万颗星系的星表，其在250、350和500 µm波段的50%完整度分别达到26、27和33 mJy。
• 通过从普朗克和地面CMB实验数据中去除点源污染，减少宇宙微波背景各向异性测量中的混淆效应。
• 识别至少1,200个强引力透镜化、明亮的亚毫米波源，以实现对广义相对论的2%精度检验。
• 在高银纬区域开展对恒星形成和尘埃的无偏巡天，包括碎片盘以及演化恒星周围的尘埃。

提出的方法

• 利用赫歇尔空间望远镜上的SPIRE仪器，在4,000平方度范围内对250、350和500 µm波段进行深度成像。
• 目标区域包括南天球（3,000平方度）和赤道带（1,000平方度），并具备广泛的多波段覆盖。
• 通过源提取和测光技术，构建一个在三个波段的5σ混淆极限分别为26、27和33 mJy时，50%完整度的星系星表。
• 应用统计与测光技术，对普朗克和地面实验的CMB数据中的点源混淆进行建模与减除。
• 利用强引力透镜模型识别并表征明亮、高度放大的亚毫米波源。
• 对红移z ≈ 2的候选原星系团区域进行空间聚类与环境分析，研究恒星形成对环境的依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在4,000平方度范围内，亚毫米波明亮星系的分布及其红移演化特征如何？
• RQ2 可识别出多少个强引力透镜化的亚毫米波源？它们能否用于实现2%精度的广义相对论检验？
• RQ3 在红移z ≈ 2的高红移原星系团中，恒星形成是否存在环境依赖性？
• RQ4 在高银纬区域，富含尘埃的系统（包括碎片盘、AGB星和白矮星周围的尘埃）的普查结果如何？
• RQ5 通过深度亚毫米波成像，能在多大程度上缓解CMB实验中的点源混淆问题？

主要发现

• 巡天预计探测到250万至300万颗星系，其中66%的星系红移z > 1，33%的星系z > 2，约1,000个星系红移z > 5。
• 巡天将在250 µm波段达到26 mJy的50%完整度，350 µm波段为27 mJy，500 µm波段为33 mJy，对应于5σ混淆噪声水平。
• 预计可识别出至少1,200个强引力透镜化、明亮的亚毫米波源，从而实现对广义相对论的2%精度检验。
• 巡天将识别出约200个红移z ≈ 2的原星系团区域，从而实现对环境对恒星形成影响的无偏研究。
• 将实现对高银纬区域尘埃的无偏普查，包括碎片盘及演化恒星周围的尘埃。
• 通过提供深度、大范围的亚毫米波图象以供源减除，巡天将显著减少CMB实验中的点源混淆。