基于莫纳克亚光谱探测器的宇宙学研究

本文档总结了利用莫纳克亚光谱探测器（MaunaKea Spectroscopic Explorer, MSE）进行宇宙学研究的相关科学目标，该设施具有高复用性（4332 根光纤）、宽视场（1.5 平方度）、大口径（直径 11.25 m）、光学/近红外（360 nm 至 1300 nm）的特点。MSE 高红移宇宙学巡天旨在探测宇宙的大体积区域，其星系密度足以测量探索原初非高斯性及由此推断暴胀所需的极大尺度密度涨落。我们期望以 $\sigma(f_{NL}) = 1.8$ 的精度测量局域参数 $f_{NL}$。将 MSE 高红移宇宙学巡天数据与下一代 CMB 第四阶段实验及现有 DESI 数据结合，将提供首个来自天文观测的中微子质量层级的 $5\sigma$ 确认。此外，样本内观测到的重子声学振荡（Baryonic Acoustic Oscillations, BAO）将在 $z=1.6$ 至 4.0 之间的六个不同红移箱中提供距离—红移关系的测量，每个精度约 $\sim0.6\%$。同时测量的红移空间畸变（Redshift Space Distortions, RSD）以 $1.9\%$ 至 $3.6\%$ 的水平约束涨落幅度。拟议巡天覆盖 10,000 ${\rm deg}^2$，测量三类目标天体的红移：发射线星系（Emission Line Galaxies, ELGs，$1.6<z<2.4$）、莱曼break星系（Lyman Break Galaxies, LBGs，$2.4<z<4.0$）和类星体（$2.1<z<3.5$）。ELGs 和 LBGs 将用作底层密度场的直接示踪体，而类星体光谱中的莱曼-$\alpha$ 森林将用于探测结构。1800 秒曝光将保证 ELGs 90% 和 LBGs 至少 50% 的红移测定效率。该巡天将占 MSE 五年计划中每年 100 个夜晚。最后，提出了三个具有宇宙学意义的附加项目设想。