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 特任助教
研究代表者／氏名 竹腰達哉

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 大島泰 国立天文台先端技術センター 助教

2

 河野孝太郎 東京大学天文学教育研究センター 教授

3

 中坪俊一 宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所 技術職員

4

 香内晃 北大低温研

5

 藤田和之 北大低温研

6

 森章一 北大低温研

研究目的 星や銀河の材料となる低温のガス・ダストの観測的研究は、初期宇宙における天体形成や、星・惑星の形成過程を探るうえで重要である。本研究では、天体形成に直結する100K以下の低温の星間物質を効率よくトレースし、温度や質量といった物理量を推定するうえで最適な、ミリ波サブミリ波帯の超広帯域観測の実現を⽬指す。そのために、チリ共和国・アタカマ砂漠に設置されているASTE望遠鏡での本格的な科学運⽤を⽬指して開発が進められている、連続波撮像カメラおよび超広帯域分光装置DESHIMAの改良を行い、撮像・分光両⾯において3オクターブにわたる帯域幅を同時観測可能なシステムへの更新を⽬指す。
図 1 実験用クライオスタットに設置されたKIDSの読み出しシステムの極低温系。　図 2 （左）ASTEサイトでカメラ貨物の積み込み。（右）国立天文台に搬入されたカメラクライオスタット。　
研究内容・成果 今年度の連続波撮像カメラの開発は、検出素子である超伝導遷移端センサー(TES)の製作が協力機関での製作が難しくなった。そこで、2017年にASTEへの搭載が行われ、天体信号の検出に成功したDESHIMAにも用いられている超伝導力学インダクタンス検出器(KIDS)を用いた検出素子を、国内の研究機関と協力することで新規に導入することとした。そのために、カメラクライオスタットへのKIDS読出し回路系の構築を目指した開発を行った。具体的には、マイクロ波帯の超伝導共振回路であるKIDSの読み出しを行うために、低雑音増幅器をクライオスタットの4K部に設置するとともに、極低温(220mK)から常温部までのマイクロ波同軸配線の設置に必要な冶具を低温研工作室と協力して設計、製作した。さらにこれらを、国立天文台先端技術センターに設置されているカメラ実験用クライオスタットに組み込み（図1）、簡易的に構築した測定環境で測定した。その結果、KIDSの共振回路を検出するのみならず、大気ノイズリミットでの観測に十分な検出器ダークノイズを達成し、国内最高水準の測定環境を実現できた。
また、2017年3月から4月にかけて、チリ現地に保管していたカメラクライオスタット本体の日本への輸送を行った。これは、これまで運用してきたカメラシステムの再評価試験を行うことと、そのクライオスタットを用いることで検出器の測定環境の強化を行うことを目的としている。チリ現地での作業では、低温研技術部の藤田和之氏の協力のもと、10日間に渡り標高4800mのASTEサイトや山麓施設での輸送準備作業を行い、トラブルなく国立天文台の実験室へ輸送することができた（図2）。
また、2016年の連続波カメラ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では、すでに平成29年度報告の通り、検出器の非線形性を補正した強度校正に成功している。この結果は装置デザインとキャリブレーション手法についての2本の査読論文としてJournal of Low Temperature Physics誌に受理・出版された（Takekoshi， et al. 2018， Oshima et al. 2018）。
　DESHIMAについては、2017年のASTE望遠鏡への搭載によって得られた観測データの集中的なデータ解析を行った。その結果、計画していた大気ノイズリミットの感度の達成を確認するなど、装置のパフォーマンスの理解に大きな進展が得られた。現在、装置評価論文を執筆中であり、2020年度前半のASTE望遠鏡での科学運用を目指して、さらなる装置の改良を進めているところである。
図 1 実験用クライオスタットに設置されたKIDSの読み出しシステムの極低温系。　図 2 （左）ASTEサイトでカメラ貨物の積み込み。（右）国立天文台に搬入されたカメラクライオスタット。　
成果となる論文・学会発表等 T. Takekoshi et al.， "Development of Multi-temperature Calibrator for the TES Bolometer Camera: System Design"， Journal of Low Temperature Physics， 193， 1003 (2018)
T. Oshima et al.， "Development of Multi-temperature Calibrator for the TES Bolometer Camera: Deployment at ASTE"， Journal of Low Temperature Physics， 193， 996 (2018)
A. Taniguchi et al.， "DESHIMA: Summary of the First-light Prototype DESHIMA on ASTE"， 日本天文学会2019年春季年会， 発表予定
T. Tsukagoshi et al.， "DESHIMA: Recent progress on the commissioning observations"， 日本天文学会2019年春季年会， 発表予定
T. Takekoshi et al.， "DESHIMA: Calibration of the on-sky MKIDs response"， 日本天文学会2019年春季年会， 発表予定
谷口他、「DESHIMA: 搭載試験の全観測データを対象とした詳細性能評価」， 日本天文学会2018年秋季年会， V124a， 2018年9月19日