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科学背景

纵观过去十年中具有极高显示度的物理学突破,天体物理发现在其中贡献良多。从银河系中心超大质量黑洞的确认,到精确宇宙学模型的建立;从系外行星的发现,到致密天体并合的引力波信号的探测,一次次的新发现反复验证了宇宙作为物理学研究终极实验室的重要性。未来十年,一系列地面和空间的图像巡天将会再次深刻地改变天体物理学。这些探测极限日益加深,空间、时间分辨率不断提高的图像数据将为我们描绘出一副愈加深邃而生动的宇宙图景。与此同时,海量的图像数据也给更深入的天体物理研究带来了许多新的挑战。其中最重要的一项便是地面高效光谱后续观测能力的缺乏。天体的光谱特征是它们在宇宙洪流中的信标,是标示着它们物理性质的指纹,更暗含着解锁它们起源奥秘的密码。只有通过光谱观测,我们才能绘制三维的宇宙地图,估算遥远星系的年龄,分析近邻恒星的化学组成,测量大质量黑洞的吸积,揭示罕见暂现天体的身份。

自2000年起,斯隆数字巡天 (SDSS) 已经为我们展现了大规模光谱“天体普查”的科学潜力;郭守敬望远镜 (LAMOST) 的银河系巡天也带给了我们人类有史以来最大的恒星光谱样本;而已经于2020年开始的暗能量光谱巡天项目(DESI)很快将通过海量星系的红移测量提供最为精确的宇宙重子声学震荡测量,给出精确的宇宙模型限制。

然而,在不远的未来,天体物理的进展对光谱巡天的要求会日益升高:只有4米以上大口径的望远镜才能应对暗弱的天体的光谱观测;海量的备选天体则要求巡天必须能在很大的视场内观测数以万计的目标;而同一个视场内不同类型的目标则需要完全不同的光谱分辨率。

MUST正是为了迎接这些挑战而生的望远镜。在第一代巡天仪器的现有设计下,MUST将致力于开展一系列多样而独特的光谱巡天观测。这些科学目标包括但不限于:

- 在更深处的宇宙和更小的尺度上描绘不同类型星系的分布,并利用这张三维地图研究暗物质的分布,追问暗能量的起源和本质。

- 在过去110亿年的时标上,追寻不同宇宙环境中星系族群的演化,描述宇宙恒星形成历史的涨落。

- 利用大量星系团内星系的三维分布来追溯宇宙中最大质量暗物质晕的成长,并利用这些独特的宇宙学探针探索暗能量,检验引力理论。

- 在高光谱分辨率下,进行最为全面和细致的近邻亮星光谱普查,建立我们银河系邻居的详细档案,为搜索“第二地球”打下基础。

- 通过大量银河系恒星晕中恒星以及近邻卫星矮星系中恒星的观测重构银河系的早期历史,并通过小尺度上的暗物质结构理解其物理本质。

- 在比现有样本高一个量级的规模上测量宇宙中超大质量黑洞的吸积率与质量,理解其成长以及对星系演化的影响。

- 对包括引力波电磁对应体、潮汐瓦解事件、以及对宇宙学有独特意义的高红移Ia型超新星在内的各种罕见暂现源进行高效的光谱确认和研究。



科学团队

       MUST正处于定义项目核心科学目标和关键科学需求的重要阶段。我们已经汇集了一支主要由中青年华人天文学家组成的核心科学团队,按照十个不同的子领域进行具体的科学讨论。目前科学规划的主要负责人为南京大学施勇教授。我们将于2021年底发布第一版科学白皮书。

子领域

宇宙学

星系团,星系际介质

星系形成与演化

邻域宇宙学

银河系科学与恒星科学

活动星系核

时域天体物理

系外行星

太阳系科学

科学目标

星系与宇宙学

银河系与恒星科学

时域与多信使天体物理

系外行星

太阳系科学