Revealing the origin of the excess in mean intensity and fluctuations of the cosmic near-infrared background by sounding rocket experiments CIBER-2

• Project/Area Number: 21KK0054
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 16:Astronomy and related fields
• Research Institution: Kwansei Gakuin University
• Principal Investigator: 松浦 周二 関西学院大学, 理学部, 教授 (10321572)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 津村 耕司 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (60579960) ; 佐野 圭 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (70802908) ; 高橋 葵 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, アストロバイオロジーセンター, 特任研究員 (70851848)
• Project Period (FY): 2021-10-07 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000); Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2022: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000); Fiscal Year 2021: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
• Keywords: 宇宙背景放射 / 赤外線 / ロケット実験

Outline of Research at the Start

我々は，NASAの観測ロケットを用いた国際共同実験CIBER: Cosmic Infrared Background Experiment により近赤外域の銀河系外背景放射を観測した結果，その強度と空間的ゆらぎが通常銀河の積算光から超過していることを発見した．この超過は未知天体の存在を示唆しており，宇宙初期やダークハロー浮遊星が起源の候補である．我々はCIBERより一桁高い感度で超過原因を特定しうる新たなロケット実験CIBER-2を計画し2021年6月に第１回の打上げに成功した．本研究では，パラシュート回収した観測装置を次回実験に再利用するサイクルを複数回行い背景放射の超過問題を解明する．

Outline of Annual Research Achievements

我々は，NASAの観測ロケットを用いた国際共同実験CIBER: Cosmic Infrared Background Experiment により近赤外域の銀河系外背景放射を観測した結果，その強度と空間的ゆらぎが通常銀河の積算光から超過していることを発見した．この超過は未知天体の存在を示唆しており，宇宙初期の天体や近傍銀河のダークハロー浮遊星が起源の候補である．我々はCIBERより一桁高い感度で超過原因を特定しうる新たなロケット実験CIBER-2を計画し2021年6月に第１回の打上げ実験に成功した．
2022年度は，第1回実験において確認された観測装置に関する数々の課題を解決し第2回実験を実施した．第1回実験後から顕著になった望遠鏡の主副鏡の表面劣化は基材のアルミ合金上にコートした銀の劣化によるものと確認されたことから，主副鏡を再切削加工したのち，劣化が少ない銀合金を新たなコート材として施工した．フライト品へのコート施工に先立ち試作サンプルを用意し経時劣化を調べたところ，銀と比較して銀合金は劣化が少ないことを示した．日本で組立て調整した望遠鏡は，ロケット実験のとりまとめを行うロチェスター工科大学(RIT)へ輸送し，これを担当する日本チームが現地へ出向いてレンズ光学系や検出器と組合せ冷却光学試験を行った．様々な部品の遮光性能や検出器のノイズ性能を向上させ，すべての課題をクリアできたことから，第2回実験のためNASA Wallops Flight Facilityでの振動試験と総合動作試験を行ったのち，2023年3月にロケット打上げ基地のホワイトサンズ実験場へ移動し，当初の予定どおり第2回の打上げ準備を終えることができた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

第1回実験における主要な課題の一つには，アルミ合金製の望遠鏡主副鏡の表面に施工した銀のコートが劣化し光学性能を低下させており，これに対して鏡の再切削加工によるコート剥がしののち劣化が少ない銀合金のコートを新規に施工した．改修が終了した望遠鏡をロチェスター工科大学へ輸送し，開発を担当した日本チームが現地へ出向き，レンズ光学系の組込みを行ったのち，低温での光学性能評価を行うことができた．また，第1回実験で問題となったロケット筐体からの熱放射の混入は，問題となる箇所を特定することができたため遮光措置をとるとともに，性能を向上させた熱放射カットフィルターの導入により解決することができた．これにより，当初予定していたとおり，2023年の早期に第2回実験を行うという目標を達成することができた．ただし，新たに導入した銀合金のコートは，試作サンプルを作成する炉とフライト品の鏡にコートする炉で大きさが違い，同じ作成パラメータでも違う出来栄えになったことから，複数回の切削とコートの過程を踏まざるを得なくなり，これにより予定が２－３ヶ月遅延した．プロジェクトのスケジュールへの影響もあり打上げがやや遅延したが，おおむね予定通りと言える．

Strategy for Future Research Activity

前述のとおり、ホワイトサンズ実験場における第2回のロケット打上げ準備は2022年度内に終えることができたことから，打上げは2023年4月に実施する予定である．打上げ後は，観測装置を含むペイロード部をNASA Wallops Flight Facilityへ移送し，観測装置の健全性を確認する．その後，ロチェスター工科大学へ移送し，日本チームは現地メンバーと協力し装置の分解・検査を実施する．観測装置に破損がある場合は研究メンバーを米国へ配し観測装置の修復に全力を尽くす．第2回打上げの後は，より完成度の高い装置の状態で第3回実験を行うことを目指す．

Research Products

• [Int'l Joint Research] Rochester Institute of Technology/California Institute of Technology/University of California, Irvinne(米国)
• [Int'l Joint Research] KASI(韓国)
• [Int'l Joint Research] Rochester Institute of Technology/California Institute of Technology/University of California, Irvinne(米国)
• [Int'l Joint Research] KASI(韓国)
• [Journal Article] Polarization Spectrum of Near-Infrared Zodiacal Light Observed with CIBER (2022)
  • Author(s): Takimoto Kohji、Arai Toshiaki、Matsuura Shuji、Bock James J.、Cooray Asantha、Feder Richard M.、Korngut Phillip M.、Lanz Alicia、Lee Dae Hee、Matsumoto Toshio、Nguyen Chi H.、Onishi Yosuke、Sano Kei、Shirahata Mai、Takahashi Aoi、Tsumura Kohji、Zemcov Michael
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 926 Issue: 1 Pages: 6-6
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac416f
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inferred Measurements of the Zodiacal Light Absolute Intensity through Fraunhofer Absorption Line Spectroscopy with CIBER (2022)
  • Author(s): Korngut P. M.、Kim M. G.、Arai T.、Bangale P.、Bock J.、Cooray A.、Cheng Y. T.、Feder R.、Hristov V.、Lanz A.、Lee D. H.、Levenson L.、Matsumoto T.、Matsuura S.、Nguyen C.、Sano K.、Tsumura K.、Zemcov M.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 926 Issue: 2 Pages: 133-133
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac44ff
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Probing Intra-Halo Light with Galaxy Stacking in CIBER Images (2021)
  • Author(s): Cheng Yun-Ting、Arai Toshiaki、Bangale Priyadarshini、Bock James J.、Chang Tzu-Ching、Cooray Asantha、Feder Richard M.、Korngut Phillip M.、Lee Dae Hee、Liu Lunjun、Matsumoto Toshio、Matsuura Shuji、Nguyen Chi H.、Sano Kei、Tsumura Kohji、Zemcov Michael
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 919 Issue: 2 Pages: 69-69
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0f5b
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] CIB 観測ロケット実験 CIBER-2:第2回打上げ実験の準備状況 (2023)
  • Author(s): 松浦周二, 橋本遼, 松見知香, 河野有哉, 中川智矢, 中畑秀太, 佐野圭, 瀧本幸司, 津 村耕司, 高橋葵, 和田武彦, Michael Zemcov, James Bock, ほか CIBER-2 チーム
  • Organizer: 日本天文学会2023年春季年会
• [Presentation] The Cosmic Infrared Background ExpeRiment-2: First Flight Status Report (2022)
  • Author(s): S. Tramm, P. Bangale, J. Bock, Y.-T. Cheng, A. Cooray, R. Feder-Staehle, G. Heaton, Y. Kawano, A. Kida, P. Korngut, A. Lanz, D.H. Lee, S. Liu, S. Matsuura, C. Nguyen, K. Noda, M. Ortiz, W.-K. Park, K. Sano, K. Takimoto, K. Tsumura, and M. Zemcov
  • Organizer: American Astronomical Society Meeting #240, id. 304.01.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CIB 観測ロケット実験 CIBER-2:第2回打上げに向けた観測装置改修の現状 (2022)
  • Author(s): 松浦周二, 橋本遼, 河野有哉, 松見知香, 中川智矢, 長尾亜実, 野田千馬, 佐野圭, 瀧本幸司, 津村耕司, 高橋葵, 松本敏雄, 和田武彦, Michael Zemcov, James Bock, ほか CIBER-2 チーム
  • Organizer: 日本天文学会2022年秋季年会
• [Presentation] CIB観測ロケット実験CIBER-2：観測データ解析の現状と今後の開発課題 (2022)
  • Author(s): 松浦周二, 橋本遼, 瀧本幸司, 木田有咲, 河野有哉, 野田千馬, 中川智矢, 長尾亜実, 萩原里紗, 佐野圭, 津村耕司, 高橋葵, 松本敏雄, 和田武彦, Michael Zemcov, James Bock, ほか CIBER-2 チーム
  • Organizer: 日本天文学会2022年春季年会
• [Presentation] 宇宙赤外線背景放射観測ロケット実験 CIBER-2 の打上げ報告 (2021)
  • Author(s): 松浦周二, 橋本遼, 児島智哉, 瀧本幸司, 太田諒, 檀林健太, 山田康博, 鈴木紘子, 古谷正希, 木田有 咲, 河野有哉, 野田千馬, 佐野圭, 津村耕司, 高橋葵, 松本敏 雄, 和田武彦, 白旗麻衣, 新井俊明, 大西陽介, Micheal Zemcov, James Bock, Daehee Lee, Shiang-Yu Wang, ほか CIBER-2 チーム
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会
• [Presentation] 宇宙赤外線背景放射観測ロケット実験 CIBER-2:感度較正における誤差の評価 (2021)
  • Author(s): 野田千馬, 松浦周二, 橋本遼, 瀧本幸司, 木田有咲, 河野有哉, 佐野圭, 津村耕司, 高橋葵, 松本敏雄, 和田武彦, Michael Zemcov, James Bock, Daehee Lee, Shiang-Yu Wang, ほか CIBER-2 チーム
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会
• [Presentation] 宇宙赤外線背景放射観測ロケット実験 CIBER-2:打ち上げ前最終感度較正 (2021)
  • Author(s): 橋本遼, 松浦周二, 瀧本幸司, 木田有咲, 河野有哉, 野田千馬, 佐野圭, 津村耕司, 高橋葵, 松本敏雄, 和田武彦, Michael Zemcov, James Bock, Daehee Lee, Shiang-Yu Wang, ほか CIBER-2 チーム
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会
• [Remarks] 関西学院大学 松浦研究室
  • URL: https://sci-tech.ksc.kwansei.ac.jp/~matsuura/
• [Remarks] 関西学院大学 理学部 物理・宇宙学科 研究プロジェクト
  • URL: https://www.kwansei.ac.jp/s_science/d_pa/research_project