テラヘルツ・ヘテロダインセンシングの開拓による銀河系星間雲の形成と進化の研究

• Project/Area Number: 15071201
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山本 智 The University of Tokyo, 大学院・理学系研究科, 教授 (80182624)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡 朋治 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教 (10291056) ; 池田 正史 理化学研究所, 計算科学技術推進室, 基礎科学特別研究員 (60344024)
• Project Period (FY): 2003 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥252,400,000 (Direct Cost: ¥252,400,000); Fiscal Year 2007: ¥12,400,000 (Direct Cost: ¥12,400,000); Fiscal Year 2006: ¥14,400,000 (Direct Cost: ¥14,400,000); Fiscal Year 2005: ¥63,200,000 (Direct Cost: ¥63,200,000); Fiscal Year 2004: ¥80,800,000 (Direct Cost: ¥80,800,000); Fiscal Year 2003: ¥81,600,000 (Direct Cost: ¥81,600,000)
• Keywords: テラヘルツ / サブミリ波 / 超伝導材料 / 電波天文学 / 宇宙物理 / 銀河系 / 星間物質 / 星形成 / 星間分子雲 / 超伝導 / 電波望遠鏡 / 中性炭素原子

Research Abstract

テラヘルツ帯は宇宙観測において残された未開拓領域の一つである。そこには基本的原子・イオンの微細構造スペクトル線が多数あり、それらの詳細な観測によって星間雲の分布・構造・相変化を克明に明らかにすることができる。本研究の目的は、テラヘルツ帯で動作する超伝導ホットエレクトロン・ボロメータ(HEB)ミクサ素子を開発し、それをもとに銀河系星間雲の相変化を探求することにある。
本年度は、NbTiNを超伝導物質として用いる格子冷却型のHEBミクサの開発を重点的に進めた。ミクサ素子の入力インピーダンス整合を電磁界シミュレーションによって最適化することにより、それまで800GHzにおいて1200-1500K程度で留まっていた受信機雑音温度を500Kまで下げることに成功した。NbTiNを用いた導波管型HEBミクサとしては世界トップレベルの性能である。しかも、我々のミクサはNbTiN膜厚が12nmという比較的暑いものであることを考えると、膜厚を薄くすることにより、一層の性能向上が見込まれる。この成果の上に立って、1.5THz帯の素子の製作を行い、良好なDC特性を得た。また、このような性能向上に関する研究とともに、HEBミクサ素子性能の動作温度依存性を詳しく調べた。その結果、素子性能の温度依存性から、ミクサが格子冷却で動作しているか、拡散冷却で動作しているかについての情報が得られることを見出し、実際に我々のミクサが格子冷却であることを示した。
以上の結果により、わが国において世界レベルのテラヘルツ帯超伝導HEBミクサ素子製作が可能となり、テラヘルツ帯観測による銀河系星間雲相変化の研究への橋頭堡を築くことができた。また、この研究と併行して、富士山頂サブミリ波望遠鏡データ解析による星間分子雲形成過程の研究、内外のミリ波・サブミリ波望遠鏡を用いた分子雲進化と星形成の研究を展開した。

Research Products

• [Journal Article] Abundant Carbon-Chain Molecules toward the Low-Mass Protostar IRAS 043682557 (2008)
  • Author(s): Nami Sakai
  • Journal Title: Astrophysical Journal 672 Pages: 371-381
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Complex Organic Molecules in an Early Stage of Protostellar Evolution (2008)
  • Author(s): Nami Sakai
  • Journal Title: Astrophysics and Space Science 313 Pages: 153-157
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physical and Chemical Properties of Massive Clumps in the AFGL333 Cloud (2007)
  • Author(s): Takeshi Sakai
  • Journal Title: Astrophysical Journal 662 Pages: 1043-1051
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Methyl Formate in the NGC2264 IRS1 Region (2007)
  • Author(s): Nami Sakai
  • Journal Title: Astrophysical Journal 660 Pages: 363-363
• [Journal Article] Atomic Carbon in the AFGL333 Cloud (2006)
  • Author(s): Takeshi Sakai
  • Journal Title: Astrophysical Journal 649 Pages: 268-268
• [Journal Article] Molecular Line Observations of Carbon-chain-rich core L492 (2006)
  • Author(s): Tomoya Hirota
  • Journal Title: Astrophysical Journal 646 Pages: 258-258
• [Journal Article] Detection of HCOOCH3 toward a Low-Mass Protostar, NGC1333 IRAS4B (2006)
  • Author(s): Nami Sakai
  • Journal Title: Publ.Astron.Soc.Japan 58
• [Journal Article] Atomic Carbon in the Southern Milky Way (2005)
  • Author(s): Tomoharu Oka
  • Journal Title: Astrophysical Journal 623 Pages: 889-889
• [Journal Article] Rotational spectra of the deuterated carbon chain Molecules : C3D,C4D,C3HD, and C4HD (2005)
  • Author(s): Eunsook Kim
  • Journal Title: Journal of Molecular Spectroscopy 233 Pages: 93-93
• [Journal Article] Atomic Carbon in the Southern Milky Way (2005)
  • Author(s): Tomoharu Oka
  • Journal Title: The Astrophysical Journal (印刷中)
• [Journal Article] CI Submillimeter-wave Line Emission from the NGC 1333 Region (2004)
  • Author(s): Tomoharu Oka
  • Journal Title: The Astrophysical Journal 612 Pages: 803-815
• [Journal Article] Molecular Line Observation of Carbon-Chair-Producing Regions L1495B and L1521B (2004)
  • Author(s): Tomoya Hirota
  • Journal Title: The Astrophysical Journal 617 Pages: 399-405
• [Presentation] NbTiN HEBミクサの動作温度依存性 (2008)
  • Author(s): 新保 謙
  • Organizer: 応用物理学会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Publications] Kazuhisa Kamegai: "Distribution of the [C I]Emission in the ρ Ophiuchi Dark Cloud"The Astrophysical Journal. 589. 378-385 (2003)
• [Publications] Tomoya Hirota: "Mapping Observations of DNC and HN^<13>C in Dark Cloud Cores"The Astrophysical Journal. 594. 859-868 (2003)
• [Publications] Eunsook Kim: "Fourier transform millimeter-wave spectroscopy of the ethyl radical in the electronic ground state"Journal of Molecular Spectroscopy. 219. 296-303 (2003)
• [Publications] Tomoharu Oka: "CI Submillimeter-wave Line Emission from the NGC 1333 Region"The Astrophysical Journal. (印刷中). (2004)