共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 ミリ波サブミリ波分光撮像観測に基づく星間物質進化の研究
新規・継続の別 継続（平成28年度から）
研究代表者／所属 東京大学天文学教育研究センター
研究代表者／職名 教授
研究代表者／氏名 河野孝太郎

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 竹腰達哉 東京大学天文学教育研究センター 特任助教

2

 大島泰 国立天文台 助教

3

 南谷哲宏 国立天文台 助教

4

 松尾宏 国立天文台 准教授

5

 大田原一成 国立天文台 特任専門員

6

 中坪俊一 宇宙航空研究開発機構 技術職員

7

 田村陽一 名古屋大学 准教授

8

 香内晃 北大低温研

9

 森章一 北大低温研

10

 藤田和之 北大低温研

11

 千貝健 北大低温研

研究目的 星間空間に存在する多様な分子や原子、ダストなどの星間物質が、いかに初期宇宙の天体で形成され、現在の地球や惑星などを作るに至ったかを理解することは、現代の天文学における最重要課題である。本研究は、現在の宇宙にある天体から、初期宇宙の天体まで、幅広い時代における天体からの星間物質、具体的にはダスト、および、炭素イオン・一酸化炭素分子・水分子に着目し、これらの星間物質からの放射を南米アタカマ砂漠（標高4860m）に設置されたASTE望遠鏡を使ったミリ波サブミリ波帯の撮像および分光観測で捉えることを目的としている。これを実現するため、広視野多色カメラTESCAMおよび超広帯域分光装置DESHIMAの開発を推進する。
ASTE望遠鏡に搭載されたDESHIMAクライオスタット（右）、およびミラーモジュール（左）。　TESCAMで運用されたフィルターホイール型の多温度キャリブレーション装置。　
研究内容・成果 今年度は、DESHIMAのASTE望遠鏡での試験観測の実施を目指して開発を行ったのち、2017年9月末から12月上旬にかけてチリ現地での実証試験を行った。搭載試験に当たっては、ASTE望遠鏡とDESHIMAを結合させる保持機構や光学系の開発が課題であり、DESHIMAクライオスタットや常温反射光学系は、高い形状精度や設置精度が要求される。そこで、これまでTESCAMにおいてASTE望遠鏡での装置開発で実績がある低温科学研究所技術部の協力の下、下記の設計と製作を行った。
1. ASTE望遠鏡光学系とDESHIMAクライオスタットを結びつけるために必要な、楕円鏡および双曲鏡を組み合わせたミラーモジュール、およびそのサポート機構
2. DESHIMAクライオスタット本体をASTE望遠鏡へ搭載、固定するために必要なサポート機構
直径約30 cmのアルミ製ミラー2枚の切削に当たっては、これまでの共同研究で開発が行われたTESCAMの大型修正楕円鏡の開発経験を活かし、低温科学研究所での切削が行われた。形状測定の結果、10ミクロン以下の形状誤差を達成し、DESHIMAの最高観測周波数である720 GHz以下での使用に十分な切削精度が出ていることが分かった。ミラーおよびクライオスタットのサポート機構についても、仰角が最大90度まで傾くASTE受信機室内でも十分な光学性能を達成するのに必要な、1mm以下の位置精度を実現する構造設計を行い、製作を行った。
アタカマ砂漠での評価試験は、2017年9月末より現地での作業を開始した。ASTE望遠鏡への搭載は、10月上旬に行われ、無事DESHIMAクライオスタットと光学系が搭載された（図1）。装置評価試験では、標高4860mのアタカマ砂漠では初めて120mKの極低温を安定的に達成し、また力学インダクタンス検出器（KIDS）の読み出しにも成功した。さらに、ASTE望遠鏡と組み合わせた試験観測では、土星の観測によってファーストライトを達成した後、銀河系内の星形成領域オリオンKLや近傍星形成銀河NGC253において一酸化炭素CO(J=3-2) 輝線の検出にも成功した。これらはオンチップ型分光計の実証において世界で初めてとなる重要な成果であり、将来の科学観測に向けて極めて重要なマイルストーンとなった。
また、チリ現地作業としては、特にミラーなどの開発を担当した低温科学研究所の藤田和之氏に2週間の現地作業に参加していただいた。その結果、2か月にわたるASTE望遠鏡の現地運用を無事完了させることができた。
TESCAMの開発においては、これまでの共同研究で開発を行い、2016年の試験観測で現地運用を行った、多温度キャリブレーション装置（図2）によって得られたデータ解析を進め、非線形性を補正した検出器の強度校正に成功した。これらの結果は超伝導検出器の国際研究会であるLTD17（久留米）で発表を行い、装置デザインとチリ現地での測定結果を2本の査読論文としてJournal of Low Temperature Physics へ投稿した。
ASTE望遠鏡に搭載されたDESHIMAクライオスタット（右）、およびミラーモジュール（左）。　TESCAMで運用されたフィルターホイール型の多温度キャリブレーション装置。　
成果となる論文・学会発表等 T. Takekoshi， K. Ohtawara， T. Oshima et al.， “Development of Multi-temperature Calibrator for the TES Bolometer Camera: System Design”， Journal of Low Temperature Physics， submitted.
T. Oshima， K. Ohtawara， T. Takekoshi et al.， “Development of Multi-temperature Calibrator for the TES Bolometer Camera: Deployment at ASTE”， Journal of Low Temperature Physics， submitted.
大島泰、招待講演「ミリ波サブミリ波の連続波観測装置の技術」、研究会「ミリ波サブミリ波の連続波観測装置の技術電波天文学によるサイエンスの到達点と未来を俯瞰する」、2017年12月28日
遠藤光他、DESHIMA: 新技術「超伝導オンチップ・フィルターバンク」による初の天体スペクトル検出、日本天文学会2018年春季年会、発表予定
石田剛他、DESHIMA: De:codeによるデータ解析手法、日本天文学会2018年春季年会、発表予定
鈴木向陽他、DESHIMA: De:codeによるDESHIMA性能評価、日本天文学会2018年春季年会、発表予定
陳家偉他、DESHIMA: De:codeによるデータ解析手法、日本天文学会2018年春季年会、発表予定