可視赤外線同時カメラ HONIR: Hiroshima Optical and Near-InfraRed Camera 直線偏光観測機能の導入と性能評価 広島大学 宇宙科学センター秋田谷洋 森谷友由希, 宇井崇紘, 浦野剛志, 川端弘治, 伊藤亮介, 神田優花, 高木勝俊, 大杉節, 吉田道利 ( 広島大学 ), 中島亜紗美 ( 名古屋市科学館 ), 山下卓也, 中屋秀彦 ( 国立天文台 )
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 2 Contents 1. 可視赤外線同時カメラ HONIR 2. 偏光観測機能の導入 偏光光学素子 3. 偏光観測性能評価 ( 偏光撮像 ) 器械変更 消偏光 初期観測成果 4. まとめ
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 3 1. 可視赤外線同時カメラ HONIR
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 4 可視赤外線同時カメラ : HONIR (=Hiroshima Optical and Near-InfraRed camera; おにーる ) 広島大学 1.5m かなた望遠鏡カセグレン焦点 波長帯 : 0.5-2.4μm 可視 近赤外線 2 色同時観測 ( 将来は 3 色同時機能へ ) 撮像 : 10 x 10 0.3 /pix 2011/11- 分光 : R~800( 最大 ) 2013/1- 可視 J H K
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 5 可視赤外線同時カメラ : HONIR (=Hiroshima Optical and Near-InfraRed camera; おにーる ) 直線偏光撮像 分光 目標精度 Δp<0.1% 2014/1- ( 本報告 )
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 6 かなた望遠鏡での偏光観測 変動天体 ( ブレーザー X 線連星 GRB YSOs など ) の可視 近赤外線偏光モニター観測で大きな成果 γ 線 (Fermi) X 線可視光 可視偏光度 ( かなた ) 偏光方位角 ( かなた ) 3C279 近赤外 電波 Abdo+ (2010), Nature
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 7 かなた望遠鏡での偏光観測 TRISPEC HOWPol 可視 近赤外線 3 バンド同時偏光撮像 偏光分光 2011 年運用終了 ナスミス焦点偏光器 可視偏光撮像のみ Δp > 0.2-0.3 % HONIR : 可視 近赤外線 偏光撮像 偏光分光 高精度偏光測定 (Δp<0.1 %)
2. 偏光観測機能の導入 日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 8
直線偏光測定の原理 半波長板 ( 回転可能 ; ψ=0. 22.5, 45, 67.5 ) 視野マスク 偏光ビームスプリッタ 偏光撮像 偏光変換 偏光回転 ( 入射光の偏光方位角を回転 ) 視野分割 偏光分離 偏光分光 偏光回転 スリットグリズム λ I 0 (α,δ) I 90 (α,δ) I 0 (λ) I 90 (λ) (I 0, I 90 ) 4 半波長板方位角 = 8 画像 or スペクトル 直線偏光 Stokes parameters (Q/I, U/I) or ( 偏光度 p, 偏光方位角 θ) 日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 9
HONIRの構成 未導入 ダイクロイック ミラー 天体光 近赤外1 (Raytheon VIRGO 2Kx2K) 焦点マスク スリット フィルター グリズム 可視(浜ホト 2K2KCCD) 日本天文学会2014年秋季年会(山形大) V223a 10
HONIRの構成 半波長板 回転可能 偏光ビームスプリッタ (Wollaston Prism) 未導入 天体光 近赤外1 (Raytheon VIRGO 2Kx2K) 偏光観測用 焦点マスク フィルター グリズム 可視(浜ホト 2K2KCCD) 日本天文学会2014年秋季年会(山形大) V223a 11
導入した偏光観測用素子 有効径 92mm 半波長板 Pancharatnam 型 Superachromatic (MgF 2 +SiO 2 ) 3 偏光観測時のみ挿入 回転制御 0.05 精度 偏光ビームスプリッタ Wollaston Prism Type 材質 : LiYF 4 ( フッ化イットリウムリチウム ) 透過性 複屈折性の大きさ 色分散の小ささ 線熱膨張率 低温使用実績などを踏まえて 複数材料から選定 日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 12
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 13 焦点マスク 離散的なスロット or スリット 材質 : マシナブルセラミックス マセライト HSP 黒 ( 有明マテリアル ) 金属端での偏光生成を抑制 0.7 9.7 5 9.7 0.7 I o I e N E 45 2.2 5 I o I e λ R~200-400
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 14 3. 偏光観測性能評価 ( 偏光撮像 )
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 15 直線偏光観測に必要な主な較正 器械偏光 U/I 消偏光 p 観測 偏光方位角原点 p 天体 0 p 器械 Q/I
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 16 直線偏光観測に必要な主な較正 器械偏光 U/I 消偏光 p 観測 偏光方位角原点 p 天体 0 p 器械 Q/I
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 17 直線偏光観測に必要な主な較正 器械偏光 U/I 観測される偏光度が真の値より一定割合小さくなる 消偏光 p 天体 ( 真 ) 偏光方位角原点 0 p 器械 ( 真 ) Q/I
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 18 直線偏光観測に必要な主な較正 器械偏光 消偏光 U/I p 天体 ( 真 ) 2 θ 天体 ( 真 ) 偏光方位角原点 0 2 θ 観測 装置 Q/I
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 19 器械偏光 ( 偏光撮像 ) B V R c I c J H K s 多くの波長域 (V~H) で器械偏光 (< 0.1%)±(<0.1%) B, Ks でやや大きい ~0.2±(0.2-0.3)% 課題
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 20 消偏光効果 人工 100% 偏光星 ( 焦点前に Wiregrid 設置 ) 短波長で偏光度低下 ( 原因不明 Wollaston prism 又はその前の光学素子による直線偏光 円偏光変換?) 測定偏光度に補正必要 補正誤差 ( 天体のカラー variation 含めて ) Δp B < 0.1 % (for p B ~5% の天体 ) 0.4 1.0 2. λ (μm) 0 2. 4
偏光測定精度総合評価 そのほかに必要な較正 偏光方位角原点とその長依存性 : Δθ< 0.1 Wiregrid 星の偏光方位角波長依存性 (R-band = 0 に設定 波 ( 強偏光標準星 Wiregrid 星観測 ) 偏光撮像総合評価 多くの波長域で Δp< 0.1% 達成 一部波長域 ( 撮像時 B, Ks; 偏光分光時の近赤外線 ) で Δp~0.2-0.3% 安定性向上が課題 偏光分光 : 可視 p inst ~0.1±0.1 % 近赤外で p inst ~(0.2-0.3)±(0.1-0.3) % 日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 21
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 22 偏光観測初期成果 K04a 川端ほか 9/13( 土 ) 午前 G 会場 近傍銀河 M82 に現れた赤化の大きな Ia 型超新星 SN 2014J の偏光特性 J106b 神田ほか 9/11( 木 ) 午後 E 会場 & ポスター ブラックホール X 線連星のかなた望遠鏡を用いた可視 近赤外線の偏光 その他 ブレーザー 前主系列星など観測 解析進行中
偏光方位角 直線偏光度 偏光観測初期成果 Kawabata+14, ApJL, submitted arxiv:1407.0452 SN2014J 偏光撮像 B V R C I C J H K s M82 の星間偏光検出 ( 超新星を光源として ) 波長 偏光度が短波長側に向けて単調増加 時間安定 Our galaxy よりも小さなダスト (<0.1μm) が主成分 日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 23
4. まとめ 日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 24
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 25 まとめ 可視赤外線同時カメラ HONIR に偏光素子設置し 直線偏光撮像 偏光分光機能を搭載した YLF Wollaston Prism Pancharatnam 型半波長板 偏光観測用焦点マスク スリット 多くの波長域で Δp~0.1% の直線偏光撮像 直線偏光分光 (R~200-600) を実現 一部波長域 (B, Ks) で器械偏光とその変動やや大きい (σ pinst ~0.2-0.3%) 今後の較正精度向上が課題 可視 近赤外線の直線偏光測定に基づく観測研究が始まっている 詳しくは Akitaya+14, Proc. SPIE, 9147, 91474O を参照下さい
Back-up slides 日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 26
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 27 限界等級評価 (preliminary) 480 sec 120 sec x 4 HWPs
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 28 器械偏光 ( 偏光撮像 ) 無偏光標準星 (p<0.01%) 可視 (B, V, R C, I C ) 近赤外 (J, H, K s ) 0.2% 0.1%
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 29 器械偏光 ( 偏光分光 ) 可視 σ p < 0.1% 近赤外 σ p ~0.1-0.3% やや大 安定性向上が課題
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 30 Wollaston Prism 材質比較 Akitaya+14
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 31 撮像 分光 撮像 (M42) 分光 (Nova Cep 2013) 赤外 可視 K 可視 J H
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 32 器械偏光 ( 視野内変動 ) 視野内の器械偏光の変動 ( 標準偏差 ) R C バンド : ~ 0.10 % Jバンド : ~ 0.24 %
日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 33 星間偏光測定例 (a) (b)
HONIR光学系と分光素子の配置 スリットマスク グリズム 未導入 望遠鏡焦点 天体光 グリズム ダイクロイック ミラー 近赤外線 検出器 可視検出器 日本天文学会2014年秋季年会(山形大) V223a 34
HONIR 分光機能の導入 素子波長帯仕様 ( 1) 0.12mm slit 使用時 スリット 分光素子 可視 近赤外共通 可視 0.41-0.97μm 近赤外 short 1.07-1.43μm 近赤外 long 1.5-2.4μm 0.12 mm (1.3 ), 0.20 mm (2.2 ), 0.54 mm (6 ) BK7 グリズム R=550 ( 1) BK7 グリズム R=590 ( 1) S-FTM16 グリズム R=618 ( 1) 可視 + 近赤外 (short/long のどちらか ) の同時分光が可能 日本天文学会 2014 年秋季年会 ( 山形大 ) V223a 35