[论文解读] The Large Array Survey Telescope -- Science Goals

S. Ben-Ami, E. O. Ofek+21 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用 1

一句话总结

大型阵列巡天望远镜（LAST）是一种高灵敏度、大视场的巡天设施，由48台模块化27.9厘米望远镜组成，采用快速巡天、20秒曝光，可实现对暂现源和变源探测前所未有的天空覆盖。它利用商用现成组件，在远低于大型望远镜设施的成本下，实现了与大型天文台相当的灵敏度。其关键科学目标包括引力波对应体探测、白矮星行星系统研究，以及奥尔特云天体搜寻。

ABSTRACT

The Large Array Survey Telescope (LAST) is designed to survey the variable and transient sky at high temporal cadence. The array is comprised of 48 F/2.2 telescopes of 27.9cm aperture, coupled to full-frame backside-illuminated cooled CMOS detectors with $3.76$$\mu$m pixels, resulting in a pixel scale of $1.25\mathrm{arcsec}$. A single telescope with a field of view of $7.4\mathrm{deg}^2$ reaches a $5\sigma$ limiting magnitude of $19.6$ in $20$s. LAST 48 telescopes are mounted on 12 independent mounts -- a modular design which allows us to conduct optimized parallel surveys. Here we provide a detailed overview of the LAST survey strategy and its key scientific goals. These include the search for gravitational-wave (GW) electromagnetic counterparts with a system that can cover the uncertainty regions of the next-generation GW detectors in a single exposure, the study of planetary systems around white dwarfs, and the search for near-Earth objects. LAST is currently being commissioned, with full scientific operations expected in mid 2023. This paper is accompanied by two complementary publications in this issue, giving an overview of the system (Ofek et al. 2023a) and of the dedicated data reduction pipeline (Ofek et al. 2023b).

研究动机与目标

• 解决对连续、全球天空覆盖的需求，以探测快速且稀有的暂现源，包括引力波的电磁对应体。
• 通过实现在高时间分辨率下对全天区的访问，特别是从南半球，克服现有巡天的局限性。
• 利用成本低廉的现成组件，实现与大型设施相当的高灵敏度——即单位时间单位成本可探测的空间体积——以实现高效率。
• 由于其大视场和高时间分辨率设计，使小型至中型望远镜能够快速跟进暂现源的后续观测。
• 通过优化集成策略，推进对海王星外天体和奥尔特云天体掩星等稀有现象的探测。

提出的方法

• 部署48台F/2.2望远镜，每台口径27.9厘米，配备全帧背照式冷却CMOS探测器（像素尺寸3.76 μm），实现1.25角秒/像素的像素标度。
• 将48台望远镜安装在12个独立的模块化支架上，以实现对天空各区域的并行、优化的巡天策略。
• 每台望远镜进行20秒曝光，视场为7.4 deg²，5σ极限星等达到19.6。
• 采用系统级方法最大化灵敏度，强调视场和巡天频率而非深度，从而实现在大体积范围内探测标准烛光源。
• 通过使用0.8秒曝光并最小化死时间，实施针对短时标事件（如<1秒掩星）的最优巡天策略。
• 对奥尔特云天体探测采用四分点观测策略，通过更长积分时间提高可分辨恒星数与奥尔特云天体菲涅尔尺度的比值。

实验结果

研究问题

• RQ1 低成本、模块化的小型望远镜阵列能否实现与大型巡天设施相当的灵敏度？
• RQ2 LAST能否通过单次曝光覆盖下一代引力波探测器的全部不确定区域，从而探测到引力波事件的电磁对应体？
• RQ3 该阵列能否通过亚秒级及更长积分策略，探测到海王星外天体和奥尔特云天体的掩星现象？
• RQ4 由于其大视场和高时间分辨率能力，LAST能否使小型至中型望远镜高效跟进暂现源？
• RQ5 全球范围内的LAST类设施网络能否实现对稀有且快速暂现源的连续、全天区监测？

主要发现

• 通过利用商用现成组件（如像素尺寸≤4 μm的CMOS探测器），LAST在远低于大型设施成本的前提下，实现了与ZTF等大型设施相当的灵敏度。
• 每台望远镜在20秒内覆盖7.4 deg²，5σ极限星等为19.6，可实现对大体积范围内标准烛光源的探测。
• 该系统可在单次曝光内覆盖下一代引力波探测器的全部不确定区域，满足对电磁对应体快速定位的要求。
• LAST具备0.8秒曝光能力且死时间极短，支持对亚秒级掩星事件的探测，这对识别奥尔特云天体至关重要。
• 通过在近四分点位置进行约1秒积分，LAST可监测角直径小于奥尔特云天体菲涅尔尺度的恒星，尽管掩星率较低，但探测效率仍可提高两个数量级。
• 模块化设计支持多种巡天策略并行执行，提升了科学灵活性，并实现了对暂现源和变源现象的广泛覆盖。