[论文解读] The Synoptic All-Sky Infrared (SASIR) Survey

J. S. Bloom, J. X. Prochaska+43 more|ArXiv.org|May 13, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用 6

一句话总结

SASIR 全天红外巡天（Synoptic All-Sky Infrared Survey）提议在墨西哥圣佩德罗马蒂尔天文台使用一架新型6.5米望远镜，开展为期4至5年的专用全天红外巡天，对赤纬δ = −30°以上的整个天空进行同时多波段（Y、J、H、K）成像。其灵敏度比2MASS深100倍，将发现数千个高红移类星体（z ∼7–10），绘制暗淡棕矮星的分布图，并实现前所未有的变源与暂现现象的时间域研究。

ABSTRACT

We are proposing to conduct a multicolor, synoptic infrared (IR) imaging survey of the Northern sky with a new, dedicated 6.5-meter telescope at San Pedro Mártir (SPM) Observatory. This initiative is being developed in partnership with astronomy institutions in Mexico and the University of California. The 4-year, dedicated survey, planned to begin in 2017, will reach more than 100 times deeper than 2MASS. The Synoptic All-Sky Infrared (SASIR) Survey will reveal the missing sample of faint red dwarf stars in the local solar neighborhood, and the unprecedented sensitivity over such a wide field will result in the discovery of thousands of z ~ 7 quasars (and reaching to z > 10), allowing detailed study (in concert with JWST and Giant Segmented Mirror Telescopes) of the timing and the origin(s) of reionization. As a time-domain survey, SASIR will reveal the dynamic infrared universe, opening new phase space for discovery. Synoptic observations of over 10^6 supernovae and variable stars will provide better distance measures than optical studies alone. SASIR also provides significant synergy with other major Astro2010 facilities, improving the overall scientific return of community investments. Compared to optical-only measurements, IR colors vastly improve photometric redshifts to z ~ 4, enhancing dark energy and dark matter surveys based on weak lensing and baryon oscillations. The wide field and ToO capabilities will enable a connection of the gravitational wave and neutrino universe - with events otherwise poorly localized on the sky - to transient electromagnetic phenomena.

研究动机与目标

• 开展首次全景、全天红外巡天，实现对北天和南天赤纬δ = −30°以上区域的深度、大视场、多波段（Y、J、H、K）成像。
• 探测并表征太阳系附近缺失的暗淡、低温棕矮星群体，包括有效温度低于600 K的天体。
• 发现数千个高红移类星体（z ∼7–10），以研究再电离时期及早期星系形成。
• 实现对变星、超新星及暂现现象的时间域研究，提升距离测量精度与动态范围。
• 通过为未来设施（如詹姆斯·韦布空间望远镜、LSST及引力波探测器）提供精确的电磁波段后续观测，实现关键协同效应。

提出的方法

• 利用位于圣佩德罗马蒂尔天文台（墨西哥）的新型专用6.5米望远镜，基于玛格丽特/MMT设计，实现1°以上的视场内高图像质量。
• 配备使用124 × 2k × 2k HgCdTe探测器阵列的宽视场红外相机，分布在四个焦面，有效焦比为f/2.5。
• 采用分束镜实现多波段滤光系统（Y、J、H、K），在近红外波段实现同时多波段成像。
• 实现比2MASS大1000倍以上、比VISTA大10倍以上的光管积（etendue-couleur），支持深度、大范围巡天。
• 集成先进的低温系统与热控技术，最大限度减少热辐射，保持探测器性能。
• 建立数据处理流水线与档案系统，实行分阶段公开发布，包括至少每日的暂现源警报，由美国与墨西哥联合管理。

实验结果

研究问题

• RQ1 在太阳系附近，最暗淡、最冷的棕矮星（Teff < 600 K）的真实空间密度与温度分布如何？
• RQ2 在一次深度、全天红外巡天中，可探测到多少高红移类星体（z ∼7–10）？它们揭示了再电离启动的哪些信息？
• RQ3 红外暂现源（包括超新星与变星）在整个天空中的动态范围与变光特征是什么？
• RQ4 与仅使用光学方法相比，红外测光红移如何提升弱引力透镜与重子声学振荡的测量精度？
• RQ5 红外全景巡天能否实现对引力波与中微子暂现事件更精确的定位与后续观测？

主要发现

• SASIR巡天预计在近红外波段的深度比2MASS深100倍，有效探测体积增加超过一百万倍。
• 该巡天将发现数千个z ∼7类星体，甚至可能探测到z > 10的源，从而实现对早期宇宙再电离时期的详细研究。
• 该巡天将揭示暗淡、低温棕矮星（Teff ≈ 200–600 K）的缺失群体，包括质量低至2–5倍木星质量的天体。
• 124 × 2k × 2k红外阵列系统将成为迄今建造的最大红外相机，实现高灵敏度的全天覆盖。
• 数据率预计达到约TB/天，可通过圣佩德罗马蒂尔天文台的持续升级进行管理，数据将分阶段发布，暂现源警报至少每日一次。
• 项目总预算估算为2815万美元（美国分担部分），主镜已获资助，项目已进入预A阶段，概念设计已完成。