すばる望遠鏡 次世代広視野 補償光学システム (GLAO) 研究代表者 : 有本信雄

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1 すばる望遠鏡 次世代広視野 補償光学システム (GLAO) 研究代表者 : 有本信雄

2 HSC, PFSに続く TMT 時代のすばる望遠鏡の主力装置 HSC, PFSは暗夜に運用 明夜を担う基幹装置が必要 本装置と系外惑星探査用のPI 装置で明夜の観測を実施 TMTとのサイエンス 技術開発両面でのシナジー 2020 年代のすばるは広視野サーベイでTMTにサンプル供給 典型的なすばる望遠鏡スケジュール : 約半分は赤外線装置

3 1.可変副鏡を用いた地表層補償光学系 (Ground Layer AO) を導入 2.近赤外線装置 ( 広視野撮像 多天体分光器 ) の開発 製作 視野直径 14 分角以上にわたるシーイング改善 (FWHM ) HSTに匹敵する解像度と口径 2 倍相当の感度の向上 *1, 倍の広視野化 * 年までに完成をめざす *1 点源について *2 MOIRCS 比 6 倍 IRCS 比 200 倍

4 最盛期の銀河形成を解剖する 大規模撮像 分光サーベイによる銀河進化史の全貌解明 数千個規模の1<z<3 銀河 - 形態 力学構造 物理パラメータ 環境効果 内部運動 AGNの寄与 重元素量分布 最遠方の銀河形成を捉える 高感度狭帯域撮像による最遠方銀河探査 z>7.5の銀河の発見 宇宙再電離過程の探究 TMTに向けた日本独自サンプル構築 最も面白い天体はHSC, PFSだけでは探査できない 望遠鏡性能の大幅向上 - 多様なサイエンスに貢献

5 TMT による詳細観測へ GLAO HSC

6 可変副鏡 複数レーザーガイド星 複数波面センサ 大気の三次元モデル化 地表層のゆらぎを抽出し可変副鏡で補正

7 レーザー 4 本 ( 側面照射 ) 可変副鏡 観測装置 近赤外線撮像 多天体分光視野 14 分角 GLAO は望遠鏡機能の一部 (Adaptive Telescope) 波面センサー

8 ガイド星 可変形鏡 レーザーガイド星 4 個自然星 3 個 副鏡 ~1000 素子, VLT の可変副鏡の複製 波面センサー 10x10 以上シャックハルトマン可視光, EM-CCD(TBD) 傾斜波面センサー 2x2 シャックハルトマン可視光 レーザー レーザーガイド星の配置 20 W 連続波 直径 15 分角 TOPTICA 製 (589nm) ( レイリーガイド星はオプション ) 送信望遠鏡口径 25cm (TBD) 側面射出

9 Comparison: Imaging Subaru MOIRCS Subaru GLAO TMT IRIS HST WFC3/IR JWST NIRCam Telescope Aperture 8.2m 8.2m 30m 2.4m 6.5m Wavelength Coverage μm μm μm μm μm / μm Spatial Resolution /pix ~0.1 /pix 4 mas 10mas@1μm 0.13 /pix FWHM~ mas / 64 mas Field of View 28 ~

10 Comparison: Spectroscopy Subaru MOIRCS Subaru GLAO TMT IRIS HST WFC3/IR JWST NIRSpec Wavelength Coverage μm μm μm μm 0.6-5μm Spatial Resolution /pix ~0.1 /pix 4-50 mas 0.13 /pix FWHM~ x0.45 Field of View ~25 ~ (MSA) 3 x3 (IFS) Functions Single-Slit MOS IFS MOS Multi-IFS??? IFS Slitless Slits Microshutters IFS Spectral Resolution ? TBW 100, 1000, 2700

11 世界の8-10m 級望遠鏡では新世代装置が続々と立ち上がっている : 下線つきはAO 装置 Keck MOSFIRE, NGAO VLT HAWK-I + GRAAL VLT SINFONI, KMOS Gemini GeMS, GPI, FLAMINGOS2 MOSFIRE HAWK-I KMOS

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14 概念設計基本設計 概念設計レビュー基本設計レビュー詳細設計レビュー 詳細設計 製作 望遠鏡改造 ファーストライト 設置 調整 試験 サイエンス観測

15 項目予算額 ( 億円 ) 予算獲得プラン 可変副鏡 ~ 5 レーザーシステム 2 4 波面センサーシステム ~ 3.5 制御計算機 ~ 0.2 科研費 ( 特別推進 ) 2014 or 15 から 5 年間 Microgate/ADS 製作予定 科研費 ( 新学術領域 ) 2014 or 15 から 5 年間 TOPTICA/MPBC 製作予定 上に同じリソース NAOJ 主体製作 HIA 協力 可変副鏡と同じリソース TMT 用のダウングレード版 望遠鏡改造 改修 運営費 観測装置 0 15 初期は numoircs を利用新装置は国際協力で製作 (HIA ASIAA) 人件費 ~ 2 In-kind 貢献も含む 予備費 ~ 5 総額 新学術領域は生物用補償光学系の研究グループと連携し 波面センサー レーザーシステムを開発する特別推進 : 可変副鏡製作 numoircs+glao を用いたサイエンスを柱とする

16 サイエンスワークショップの開催 2011 年 9 月 ( 大阪 ) 2013 年 6 月 ( 札幌 ) 札幌のワークショップには台湾 ASIAA カナダHIAからも参加者 キーサイエンス 多様なサイエンスケースについて議論 装置仕様の議論 検討報告書作成 (2012 年 8 月 ) 外部資金申請 科研費基盤研究 S(2013 年 不採択 ) 特別推進研究 新学術領域 (2014 年 ) の準備中 プロジェクトウェブページ

17 GLAO の性能シミュレーション Kバンドで0.2 秒角 (0.65 秒角シーイング ) を達成 視野は15 分角以上 可変副鏡の概念検討 VLTの可変副鏡を製作しているMicrogate, ADS internationalと初期検討を開始 赤外副鏡のアップグレード レーザーシステム検討 20Wファイバーレーザーが第一候補 レーザー設置場所はセンターセクション部分 レイリーレーザーガイド星の可能性 (UH IfAと連携 ) 確保できる最大視野と望遠鏡インターフェースの検討 望遠鏡改造により 14x16 分角が確保できる見通し

18 Preliminary model for ASM

19 Interface to existing IR M2

20 Vignetting by telescope structures

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22 Cassegrain Unit

23 M3 unit

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25 広視野赤外線装置の光学設計検討 視野分割の可能性 多天体スリット分光の可能性 多天体面分光は困難 カナダHIAとの連携 赤外線カメラの検討 台湾 ASIAA との連携を模索中 (CFHT WIRcam の実績あり ) 波面センサーの検討 光学機械設計をカナダHIAのAOグループ エンジニアと連携できる可能性あり Gemini GLAOの検討はHIAが行った実績あり 概念設計レビュー 2013 年 12 月ごろを予定 外部レビューワーによる評価

26 : すばる望遠鏡に可変副鏡を用いた地表層補償光学系 (Ground Layer AO) を導入し これに対応した広視野赤外線撮像分光装置を開発する HST に匹敵する解像度 望遠鏡口径 2 倍相当の感度向上 6 倍の広視野化を達成 2020 年代におけるすばる望遠鏡の赤外線基幹観測装置 広視野装置によるサイエンスというすばる望遠鏡最大の特長を発展させる 世界的にもユニークな装置 遠方銀河の大規模なサーベイによる銀河進化史の全貌解明 超遠方銀河の探査と宇宙再電離の探究を始め 多様なサイエンスの展開が可能 HSC, PFS によるサンプルは赤方偏移が限定される すばるから GLAO による独自サンプルを提供できなければ TMT を十分に活用できない 観測天体サンプルの形成 技術基盤形成など TMT との高い親和性 コミュニテイでの検討を母体とし ワークショップ等を通じて幅広い研究者に開かれた検討を行っている 2020 年の完成を目指す 主に複数の競争的資金と国際協力によって予算獲得を目指す

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