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Development of a Wide-field-of-view Cryogenic Telescope for Observation of Cosmic Microwave Background Polarization

Research Project

Project/Area Number 21J11425
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 16010:Astronomy-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

高倉 隼人  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2021-04-28 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords宇宙マイクロ波背景放射 / ミリ波望遠鏡 / 広視野 / 偏光角較正
Outline of Research at the Start

宇宙マイクロ波背景放射は観測可能な最古の光であり、そのBモード偏光と呼ばれる偏光パターンの検出は、インフレーション仮説を検証する有力な手段として期待されている。この観測には、多数の検出器で広い視野を一度に観測して感度を稼ぐとともに、鏡面を冷却して熱雑音を削減することが効果的である。一方、視野を広げると視野内の偏光角が非一様になる。偏光角の不一致は疑似偏光を生じるため、本研究では、広視野冷却望遠鏡の18度×9度の視野全体における偏光角を、1分角以下の精度で決定することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

インフレーション仮説の検証に向けた宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の偏光観測の精度向上には、望遠鏡の広視野化が不可欠である。一方で、広視野望遠鏡は焦点面の検出器位置に応じて入射光の偏光角を回転させる。2020年代後半に打ち上げが予定されるCMB偏光観測衛星LiteBIRDの低周波望遠鏡(観測帯域34-161 GHz)では、18度×9度の視野内で最大1.5度(90分角)の偏光角の回転が生じることが予想されている。偏光角の較正誤差は疑似偏光を生じることから、これを数分角の精度で較正することが要求されている。
本研究では、LiteBIRD低周波望遠鏡アンテナの18度×9度の視野全体における偏光角を、ミリ波光学測定により1.9分角の精度で測定し、シミュレーションと矛盾しない結果を得た。測定は、望遠鏡の鏡面形状と観測波長を共に1/4倍することで、電磁気的に等価なアンテナ光学系を実験室に再現し、室温にて行った。測定にあたり、将来的に望遠鏡を極低温に冷却した状態で試験できるよう、観測信号を模擬する小型参照平面波源を用いた測定装置を開発し、LiteBIRD低周波望遠鏡の地上試験の実現性に対する見通しを得た。この成果は、英文査読付学術誌に掲載された。また、広視野望遠鏡や、その測定のための小型参照平面波源の開発にあたっては、設計上意図されない光路を辿る迷光の低減も重要な課題であることから、光路差の違いを利用して迷光成分を時間的に分離し、迷光を実験的に評価する測定手法も開発した。この成果は国際会議で報告した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Wide-field polarization angle measurements of a LiteBIRD low-frequency telescope scaled antenna2023

    • Author(s)
      Takakura Hayato、Sekimoto Yutaro、Inatani Junji、Kashima Shingo、Sugimoto Masahiro、Nakano Ryo、Nagata Ryo
    • Journal Title

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      Volume: 9 Issue: 02 Pages: 024002-024002

    • DOI

      10.1117/1.jatis.9.2.024003

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Holographic phase-retrieval method of near-field antenna pattern measurement for bolometer-array-equipped millimeter-wave telescopes2023

    • Author(s)
      Nakano Ryo、Takakura Hayato、Sekimoto Yutaro、Inatani Junji、Sugimoto Masahiro、Oguri Shugo、Matsuda Frederick
    • Journal Title

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      Volume: 9 Issue: 02 Pages: 028003-028003

    • DOI

      10.1117/1.jatis.9.2.028003

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Straylight identification of a crossed-Dragone telescope by time-gated near-field antenna pattern measurements2022

    • Author(s)
      Hayato Takakura, Ryo Nakano, Yutaro Sekimoto, Junji Inatani, Masahiro Sugimoto, Frederick Matsuda, Shugo Oguri
    • Organizer
      SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Far-sidelobe and Polarization Angle Measurements of a LiteBIRD Low-Frequency Telescope Scaled Antenna2022

    • Author(s)
      Hayato Takakura, Ryo Nakano, Yutaro Sekimoto, Junji Inatani, Masahiro Sugimoto, Frederick Matsuda, Shugo Oguri
    • Organizer
      2022 URSI-Japan Radio Science Meeting
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] LiteBIRD低周波望遠鏡アンテナの時間領域分割測定による迷光評価2022

    • Author(s)
      高倉隼人, 中野遼, 関本裕太郎, 小栗秀悟, 稲谷順司, マツダフレドリック, 杉本正宏
    • Organizer
      日本天文学会2022年秋季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ボロメータアレイ検出器搭載望遠鏡のアンテナパターン測定に向けたホログラフィー近傍界測定法の考察2022

    • Author(s)
      中野遼, 高倉隼人, 関本裕太郎, 稲谷順司, 杉本正宏, 小栗秀悟, マツダフレドリック
    • Organizer
      日本天文学会2022年秋季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] LiteBIRD低周波望遠鏡スケールモデルの広視野偏光角測定2022

    • Author(s)
      高倉隼人, 関本裕太郎, 稲谷順司, 鹿島伸悟,杉本正宏, 中野遼
    • Organizer
      第22回宇宙科学シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] LiteBIRD 低周波望遠鏡スケールモデルの広視野偏光角測定の高精度化2022

    • Author(s)
      高倉隼人, 関本裕太郎, 稲谷順司, 鹿島伸悟,杉本正宏
    • Organizer
      天文学会2022年春季年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 広視野アンテナの位相復元近傍界ビームパターン測定の開発2022

    • Author(s)
      中野遼, 高倉隼人, 関本裕太郎, 稲谷順司, 杉本正宏, 小栗秀悟, マツダフレドリック
    • Organizer
      第22回宇宙科学シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] LiteBIRD低周波望遠鏡の広視野アンテナパターン測定の高精度化2021

    • Author(s)
      高倉隼人, 関本裕太郎, 中野遼, 稲谷順司, 杉本正宏
    • Organizer
      天文学会2021年秋季年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] LiteBIRD低周波望遠鏡のホログラフィー近傍界アンテナパターン測定法の開発2021

    • Author(s)
      中野遼, 高倉隼人, 関本裕太郎, 稲谷順司, 杉本正宏, 小栗秀悟, マツダフレドリック
    • Organizer
      天文学会2021年秋季年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-03-26  

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