共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 グリーンランド氷床からの超広視野サブミリ波宇宙探査観測の実現
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 国立天文台
研究代表者／職名 助教
研究代表者／氏名 大島泰

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 中坪俊一 宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所 主任研究開発員

2

 川邊良平 国立天文台 教授

3

 香内晃 北大低温研

4

 藤田和之 北大低温研

5

 森章一 北大低温研

研究目的 　ミリ波サブミリ波帯の広視野撮像観測は、運動学的スニヤエフ・ゼルドビッチ効果を用いた銀河団の運動状態の推定に重要であり、宇宙最大の天体である銀河団の動的な進化過程の解明を可能にする。我々は、直径12mのサブミリ波望遠鏡、グリーンランド望遠鏡に、多色撮像可能な超伝導サブミリ波カメラを設置し、大規模な銀河団サーベイを行うことを目指している。本研究では、これまでASTE望遠鏡（チリ・アタカマ砂漠）用に開発してきたサブミリ波カメラシステムの経験を活かし、130-720 GHzの大気の窓を3色以上で同時撮像観測が可能なカメラシステムを開発し、北天での多色サブミリ波サーベイを世界に先駆けて実現することを目的とする。
高密度ポリエチレンの反射防止加工。(左)切削加工の様子。(右)加工品を横から見た様子。　ホーンアンテナ。(左)中央が切削(Rz 3.5μm)、左右はワイヤー放電加工(Rz 7.5μm)断面。(右)5素子試験用。　
研究内容・成果 　今年度は、1. 冷却光学レンズ用超広帯域反射防止加工の試作、2. コニカルホーンアンテナアレイの試作と評価、を中心に実施した。

1. 冷却光学レンズ用超広帯域反射防止加工の試作
4Kに冷却して用いるサブミリ波誘電体レンズは、広視野光学系を検出器にカップルさせるために用いる重要な光学素子である。ASTE望遠鏡カメラシステム用では波長1.1mmおよび850μm用のレンズを製作している。昨年度に引き続き、新カメラが要求する広帯域での光学能率を向上させるため、低周波3バンド(150，220，270 GHz)で透過率99.4%以上を実現する反射防止加工の技術開発を実施した。図1に示すサンプル加工品を製作し、国立天文台でテラヘルツ時間領域分光法を用いた透過特性の測定を実施した結果、透過率の周波数特性はシミュレーションと一致する傾向があるものの、偏光特性については試料または測定系由来の不定性がみられたため、より詳細に調査を行う予定である。

2. コニカルホーンアンテナアレイの試作
　新カメラシステムでは、冷却レンズで集光したサブミリ波を極低温焦点面に設置される検出器ウェハーと結合させるため、ビーム特性の良いホーンアンテナを用いる。新システムで想定される数100素子のホーンアンテナの製作を実現すべく、加工技術の開発を開始した。今年度は、国立天文台の設備でビーム特性評価が可能なデザインで、テスト用アルミ製コニカルホーンを製作した（図2）。ワイヤー放電加工とサブマリンゲートドリルを用いた切削加工の2つ方法で製作し、特に切削加工においては表面粗さRz 3.5μmを達成し、装置仕様を十分に満たす精度を実現した。今後、国立天文台でのビーム特性評価試験実施し、ビームパターンに問題ないことが確認し、100素子以上の加工技術を確立するための開発を実施する予定である。
高密度ポリエチレンの反射防止加工。(左)切削加工の様子。(右)加工品を横から見た様子。　ホーンアンテナ。(左)中央が切削(Rz 3.5μm)、左右はワイヤー放電加工(Rz 7.5μm)断面。(右)5素子試験用。　
成果となる論文・学会発表等 "広視野多色カメラによる銀河団の観測"， 大島泰他， 宇電懇シンポジウム2020「極限性能で切り開く電波天文学」， オンライン， 2020/12/21 (口頭講演)