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Probing the origin of the universe using the largest CMB telescope arrays to date

Research Project

Project/Area Number 22H04913
Research Category

Grant-in-Aid for Specially Promoted Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

田島 治  京都大学, 理学研究科, 教授 (80391704)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 木内 健司  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00791071)
Matsuda Frederick  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 特任助教 (40867032)
櫻井 雄基  公立諏訪東京理科大学, 工学部, 准教授 (50780847)
松村 知岳  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 准教授 (70625003)
安達 俊介  京都大学, 白眉センター, 特定助教 (80835273)
服部 誠  東北大学, 理学研究科, 准教授 (90281964)
長谷川 雅也  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (60435617)
鈴木 惇也  京都大学, 理学研究科, 助教 (90795014)
片山 伸彦  東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (50290854)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥620,620,000 (Direct Cost: ¥477,400,000、Indirect Cost: ¥143,220,000)
Fiscal Year 2025: ¥61,880,000 (Direct Cost: ¥47,600,000、Indirect Cost: ¥14,280,000)
Fiscal Year 2024: ¥246,220,000 (Direct Cost: ¥189,400,000、Indirect Cost: ¥56,820,000)
Fiscal Year 2023: ¥220,740,000 (Direct Cost: ¥169,800,000、Indirect Cost: ¥50,940,000)
Fiscal Year 2022: ¥55,250,000 (Direct Cost: ¥42,500,000、Indirect Cost: ¥12,750,000)
Keywords宇宙背景放射 / インフレーション / 原始重力波 / ニュートリノ
Outline of Research at the Start

「宇宙のはじまりとは?」人類が抱く究極の問いに迫る。宇宙最古の光である宇宙マイクロ波背景放射(CMB)には、重力場の量子ゆらぎとインフレーション宇宙論の証拠である「原始重力波」、素粒子大統一理論を探る鍵となる「ニュートリノ質量和」、さらには「暗黒放射」など、宇宙創成を記述する物理学に直結する情報が豊富に含まれている。史上最大のCMB望遠鏡群を用いる実験“Simons Observatory”でこれらのサイエンスを網羅し、宇宙創成の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

「宇宙のはじまりとは?」人類が抱く究極の問いに迫る。宇宙最古の光である宇宙マイクロ波背景放射(CMB)には、重力場の量子ゆらぎとインフレーション宇宙論の証拠である「原始重力波」、素粒子大統一理論を探る鍵となる「ニュートリノ質量和」、さらには「暗黒放射」など、宇宙創成を記述する物理学に直結する情報が豊富に含まれている。史上最大のCMB望遠鏡群を用いる実験“Simons Observatory”でこれらのサイエンスを網羅し、宇宙創成の解明を目指す。

観測データがあるだけでは実験研究は成功しない。データを活かすも殺すも望遠鏡の“較正”次第である。その中でも特に重要になるのが、偏光角(CMB 偏光軸とそれを検波するアンテナの向きがなす角度)の較正と、焦点面センサーの時間応答性の較正である。これらを較正するため、先行研究に引き続き「まばらに張ったワイヤーグリッド」を使った較正装置“Sparse Wiregrid Calibrator”と、人工の黒体放射源を用いた較正装置“Stimulator”を開発し、実験室内でのコミッショニングを行った。このコミッショニングデータを評価分析するために解析ソフトウェアの開発も進めた。較正以外にも実験感度を制限しかねない系統誤差要因がある。その最大要因である「迷光」の望遠鏡内への侵入を徹底的に遮断するための“バッフル”も開発・現地搬送した。また、次年度より開始する5台目の望遠鏡(名付けてJSAT)の開発に向けて、望遠鏡を設置するプラットフォームの設計を完了し、その製作を開始する準備を完了した。このプラットフォームの設計は当初の計画よりも一年早く達成することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究では、日本独自のCMB望遠鏡「JSAT」を開発し、チリ・アタカマ高地に設置して観測を行う計画である。当初、望遠鏡のプラットフォームの設計と製作はそれぞれ2023年度と2024年度を予定していた。一方で、共同研究を行うイギリスグループも同様な望遠鏡を追加で開発することになった。これを受けて、日英で共同で設計開発を前倒しして今年度進め、2023年度に前倒し製作する準備を完了した。
以上の理由から、当初の計画以上に進展している。

Strategy for Future Research Activity

望遠鏡プラットフォームの製作を当初予定より一年前倒しして進める。それに伴って、観測サイトの整備も前倒しして進めていく。プラットフォームに搭載する望遠鏡JSATは、当初の予定通り開発を進める。2023年度には、JSATの重要物品である無冷媒希釈冷凍機等の手配を行う。
一方、先行研究で開発した望遠鏡や較正装置を用いた観測が2023年度より開始される。現地(チリ・アタカマ高地、海抜5,200 m)での観測立ち上げ、データ取得、望遠鏡の較正、そしてデータ解析ソフトウェアの整備を行なっていく予定である。

Assessment Rating
Interim Assessment Comments (Rating)

A+: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, more progress has been made in research than expected.

Report

(4 results)
  • 2024 Interim Assessment (Comments) ( PDF )
  • 2022 Abstract ( PDF )   Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (35 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 4 results) Remarks (4 results)

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      Sakaguri Kana、Hasegawa Masaya、Sakurai Yuki、Hill Charles、Kusaka Akito
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      Journal of Low Temperature Physics

      Volume: 209 Issue: 5-6 Pages: 1264-1271

    • DOI

      10.1007/s10909-022-02847-0

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      K. D. Crowley, P. Dow, J. E. Shroyer, J. C. Groh, B. Dober, J. Spisak, N. Galitzki, T. Bhandarkar, M. J. Devlin, S. Dicker, P. A. Gallardo, K. Harrington, J. Iuliano, B. R. Johnson, D. Johnson, A. M. K., A. Kusaka, F. Nati, J. Orlowski-Scherer, L. Page, M. Randall, G. Teply, T. Tsan, E. J. Wollack, Z. Xu, N. Zhu
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 93 Issue: 5

    • DOI

      10.1063/5.0093857

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      Hensley Brandon S.、Clark Susan E.、Fanfani Valentina、Krachmalnicoff Nicoletta、Fabbian Giulio、他28名
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      The Astrophysical Journal

      Volume: 929 Issue: 2 Pages: 166-166

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac5e36

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      Chesmore Grace E.、Harrington Kathleen、Sierra Carlos E.、Gallardo Patricio A.、Sutariya Shreya、他22名
    • Journal Title

      Applied Optics

      Volume: 61 Issue: 34 Pages: 10309-10309

    • DOI

      10.1364/ao.470138

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Published: 2022-04-19   Modified: 2025-04-17  

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