Proposed Next-Generation Cosmological Surveys in Mainland 詹虎中国科学院国家天文台

Proposed Next-Generation Cosmological Surveys in Mainland詹虎中国科学院国家天文台海峡两岸粒子物理与宇宙学会议新竹 2011.4.1—5

暗能量探测手段 • Ia型超新星：光度（相对）距离 • 弱引力透镜：大尺度结构增长、角直径距离、物质功率谱 • 重子声波振荡：角直径距离、哈勃参量 • 红移畸变：大尺度结构增长率、速度场 • 星系团计数：体积/距离、大尺度结构增长 • 强引力透镜：哈勃常数、（时间延迟）距离 • 暗物质晕密度分布、暗物质粒子性质 • 距离、结构增长（率）、物质功率谱、速度场功率谱 • 暗能量、引力理论、暗物质、中微子质量、宇宙学参数… 大面积巡天

DETF对暗能量项目的划分(2006) ~完成 ~2020 • StageI：已完成 • Stage II：“进行中”（CFHT、ESSENCE…） • Stage III：“近期”（SDSS-III、DES、PS4…） • StageIV：“2015”（LSST、JDEM、SKA…） Albrecht & Bernstein (2007) 相对Stage2的效果 Zhan (2006) 2D DETF Figure of Merit vs. 9D FoM. Dark energy equation of state binned in a. Huge gain in FoM, but gain in physics? SNAP no SNe, DES no clusters Diff b/w Stage III & IV is ~5x.

美国天文发展十年规划推荐项目 • 战略方向: • 第一代天体 • 类地行星 • 宇宙物理第一优先项目类型：大型巡天

大型巡天计划 LAMOST 天籁计划空间站大光学平台郭守敬望远镜 Large Synoptic Survey Telescope Wide Field Infrared Survey Telescope 南极光学近红外巡天望远镜 BigBOSS ~2020 Euclid

The Large Synoptic Survey Telescope 大口径全景时序巡天望远镜 • 8.4-meter primary • 10 deg2 FOV • 3 billion pixels • 0.3–1.1 µm ugrizy • 15-s exposures • 20,000 deg2 • 200 PB data • u 25.8mag (56 exp.) • g 27.0 mag (80 exp.) • r 27.2 mag (180 exp.) • i 27.0 mag (180 exp.) • z 25.7 mag (164 exp.) • y 24.4 mag (164 exp.) www.lsst.org • Key Missions: • Dark energy/matter • Solar system • Optical transients • Galactic map

南极光学近红外望远镜 KDUST2.5米、 6—8米 AST3

天籁计划（21cm Intensity Mapping） • 宇宙普通物质中％76是氢，氢原子产生21cm辐射，红移后波长为21(1+z）cm • 对21cm观测可以绘出宇宙大尺度结构 • 针对暗能量，主要观测红移0－2.5 （400－1400MHz)

中国载人航天路线图

空间站巡天的考虑 • 空间环境极其有利于天文观测； • 巡天科学意义重大，影响深远，受益面广； • 空间站望远镜的特性决定了巡天最为合适； • 中国空间站是中国空间天文研究的契机。数据 = 发现空间新的研究模式：数据挖掘新的挑战：海量数据天文

以现有测量方法，在空间与地面测量弱引力透镜切变时的相乘性系统误差随星系亮度的变化（图片来源：H. Hoekstra）。空间观测优势：高分辨率、稳定像质减小系统误差，提高测量精度：地面空间

弱引力透镜切变测量系统误差对暗能量状态方程限制的影响弱引力透镜切变测量系统误差对暗能量状态方程限制的影响 Parameter constraints Zhan 2006 Degradations due to shear errors are not bound (no self-calibration from WL itself). wa wa w0 wp

CSST在HST/ACS HRC F250W, U, 和WFC（Sloan巡天）griz六波段内，经过五分钟曝光得到的不同星等点源的信噪比。空间观测优势：低背景地面mV~21.8 mag/arcsec2 空间黄道光平均 mV=22.7mag/arcsec2 LSST

中国空间站巡天特色 中国空间站大光学平台的光学/近紫外/近红外高分辨率多色成像与光谱的深度巡天自成体系，又与其它项目互补，将为诸多天文研究领域提供前所未有的样本，极大地拓展发现空间，带来新的突破。

对大尺度结构增长率f的限制 对暗能量状态方程参数w0与wa的限制中国空间站暗能量研究预期 With 1%prior on galaxy bias! Spec BAO only Spec BAO only With 1%prior on galaxy bias! 空间站巡天和Euclid区分暗能量模型的能力。左图为它们对距离的限制，右图为对哈勃参数的限制。

Topics Background knowledge Theoretical background Lensing basics Observational background Weak lensing WL Theory CMB Dark energy, gravity, etc. Mass map Other applications Higher-order statistics Systematics Strong lensing SL Theory Dark matter Dark energy Other topics Survey/Data/Analysis Image reduction Catalog generation Shear measurement Photo-zs Simulations Sample issues Statistical methods Practical issues Designing a survey 2011 Summer School & Workshop on Gravitational Lensing July 24 – August 3, 2011 Will soon start registration. Email: zhanhu@nao.cas.cn Invited Lecturers A. Heavens D. Clowe D. Wittman G. Bernstein M. Bartelmann M. Takada P. Marshall T. Treu V. Margoniner

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