[论文解读] Unraveling the Universe with DESI

M. Vargas-Magaña, D. Brooks+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 6, 2019

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 6被引用 10

一句话总结

DESI 是一项基于地面的光谱巡天，利用位于梅亚林望远镜上的5,000个光纤定位器，对14,000平方度的天空进行测绘，测量红移范围在0.05至3.5之间的3,500万条星系和类星体光谱。该巡天旨在通过重子声学振荡（BAO）和红移空间畸变（RSD）来约束暗能量并检验广义相对论，首次数据发布计划于2021年1月进行，宇宙学分析预计在2022年4月完成。

ABSTRACT

The Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) is a stage IV ground-based dark energy experiment planned to begin operations in 2020. In this article, we provided a short review of DESI presented during the conference {\it Recontres de Moriond 2018}. DESI will use four different tracers for mapping the universe: from redshift 0.05 up to redshift 1.7 with galaxies and from 2.1 to 3.5 using quasars. DESI will measure a total of 35 million spectra covering regions of universe never explored before, providing a map of large scale structure that will enable major advances in the investigation of cosmic acceleration. The key science goals for DESI are to constrain dark energy and potential deviations of General Relativity using two complementary observables: the Baryonic Acoustic Oscillations (BAO) and the Redshift Space Distortions (RSD). Additional science goals, such as constraining the sum of neutrino masses and inflation, are expected with the baseline project. DESI installation started on February 2018 and the current construction of the instrument is on track. The imaging surveys that will serve to determine the targets are currently in the final stages, having achieved 80\% completion, and are expected to be finalized by the end of 2018. The DESI Collaboration is actively preparing for survey operations and science analysis, to be ready for the first light in January 2020.

研究动机与目标

• 利用星系和类星体的光谱红移，对宽红移范围内宇宙的大尺度结构进行测绘。
• 通过测量重子声学振荡（BAO）和红移空间畸变（RSD），约束暗能量的本质。
• 通过大尺度结构的聚集，检验在宇宙学尺度上对广义相对论的潜在偏离。
• 通过宇宙学结构测量，探测中微子质量之和与早期宇宙物理。
• 为为期五年的巡天做好准备，建立稳健的目标选择、验证和模拟框架。

提出的方法

• 利用梅亚林望远镜上的机器人5,000光纤焦点面，对14,000平方度范围内的星系和类星体进行目标定位。
• 采用新型六透镜大视场校正器，视场达8平方度，实现高效的多目标光谱观测。
• 部署十个热控三通道光谱仪，覆盖360–980 nm波段，分辨率R = 2000–5500，专为高精度红移测量优化。
• 利用gri和grz波段的测光红移，对明亮红序星系（LRGs）和发射线星系（ELGs）进行目标选择，利用4000 Å跃迁和[OII]双线进行红移确认。
• 通过颜色-颜色切割和发射线特征，实施类星体目标选择，识别红移z = 0.9–2.1的源。
• 采用两阶段巡天策略：暗时巡天用于LRGs、ELGs和类星体，亮时巡天用于更亮的目标，通过验证阶段确保数据质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系和类星体聚集所追踪的宇宙膨胀速率在红移0.05至3.5范围内的精确演化过程是怎样的？
• RQ2 DESI能以多高精度测量重子声学振荡尺度，从而约束暗能量参数？
• RQ3 观测到的红移空间畸变与广义相对论预测的偏离程度如何？
• RQ4 利用DESI数据的大尺度结构聚集，能对中微子质量之和施加何种约束？
• RQ5 如何利用光学和近红外颜色，对LRGs和ELGs的测光红移进行校准？

主要发现

• DESI预计于2020年1月实现首次光，完整巡天预计在五年内覆盖14,000平方度。
• 截至2018年底，目标选择的成像巡天已完成80%，预计在年底完成最终定型。
• 首次数据汇编（涵盖截至2020年6月的数据）计划于2021年1月发布。
• 基于首次数据发布的宇宙学分析预计于2022年4月完成。
• 巡天将测量3,500万条光谱，包括400万条LRGs、1,710万条ELGs和170万条类星体，覆盖前所未有的红移范围。
• 合作团队已制定全面计划，包括科学准备计划、巡天验证计划和宇宙学模拟需求，以确保数据质量和科学准备就绪。