2015 Fiscal Year Annual Research Report
次世代超大型光学赤外線望遠鏡TMTと高分散分光器による宇宙の加速膨張の直接検証
| Project Area | Why does the Universe accelerate? - Exhaustive study and challenge for the future - |
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15H05894
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
臼田 知史 国立天文台, TMT推進室, 教授 (10311177)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲場 肇 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター物理計測標準研究部門, グループ長 (70356492)
美濃島 薫 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20358112)
千葉 剛 日本大学, 文理学部, 教授 (40324602)
三澤 透 信州大学, 学術研究院総合人間科学系, 准教授 (60513447)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 光学赤外線天文学 / 応用光学・量子光工学 / 光コム / 宇宙物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度からの製作に向けて、産業技術総合研究所、電気通信大学、横浜国立大学共同でモード同期ファイバレーザの繰り返し周波数、波長、および制御方法等について最適な仕様を検討した。波長安定化レーザについては波長1.5μm帯アセチレン安定化レーザを使用する方針とした。広帯域光発生に必要な励起パワー、最適な光パルスの時間波形を検討・決定し、具体的な光学系についても検討を行った。
高分散分光器の波長校正に向けて、可視光発生に有利な波長1μm帯を発生するモード同期Ybドープ・ファイバレーザを開発し、その出力を制御して光コム出力を得た。レーザ共振器からの直接出力として750MHzの高繰り返し光コムを安定に得ることが出来た。さらに、励起光源を高度化して高出力化を行い、レーザ共振器直接出力として平均出力700 mWを実現した。さらに、フォトニック結晶ファイバに入力し、波長600nmから1200nmをカバーする広帯域光出力を得た。
赤方偏移の時間変化の観測による宇宙の加速膨張の直接検出の可能性を検討するために、密度揺らぎの影響を評価した。揺らぎによる特異加速度の効果が最も大きいが、効果はz<1.5で5％程度、z>3で3%以下であることが分かった。現時点では密度パラメーターとハッブル定数の測定誤差（1％）による誤差が大きく、z>3でも10％になることが分かった。
「銀河間物質（IGM）の3次元構造の解明」に関する予備調査に着手した。このテーマで必要になる多視線分光観測においては、離角の小さい複数の天体を互いに影響を及ぼすことなく分光することが重要である。そこで、すばる望遠鏡による小離角レンズクェーサーの高分散分光観測を通してIGMに対する多視線分光観測の予備観測を行い予想される課題を検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本プロジェクトで製作する光コムシステムについては、電気通信大学での成果および関連するテーマである岡山天体物理観測所への光コム導入の結果を踏まえ、改良版を開発する予定である。現在、岡山天体物理観測所への導入を進めているところであり、その結果を受けてモード同期ファイバーレーザ、およびその他の仕様について決定を行う予定である。平成27年度は、スペクトルの平滑化に必要な空間位相変調器を調達し、予備実験を行った。
光コムによる高分散分光器波長校正技術に関する開発研究については、高分散分光器の波長校正に適した高繰り返しかつ長期安定な光コム光源の検討において、その可能性として有力なモード同期ファイバレーザによる光コムを高度化し、有用な知見を得ることが出来た。特に、波長の高分解能化に必要な光コムの高繰り返し化技術においては、ファイバーレーザ直接出力における高繰り返し化の可能性を示すことが出来た。また、波長範囲の拡大に必要な広帯域スペクトル発生技術について有用な知見を得ることができた。
赤方偏移の時間変化の観測による宇宙の加速膨張の直接検出については、大規模構造の密度分布による吸収線系への特異速度および特異加速度の効果を見積もることができた。
「銀河間物質（IGM）の3次元構造の解明」の予備調査として行ったレンズクェーサーの分光観測をもとに、IGM（およびクェーサーアウトフロー）に対する2視線観測を行った結果を学術論文に投稿した。この観測を発展させることによってIGMに対する視線方向および横断方向の情報を同時に獲得することができる。これは、TMT時代のIGMトモグラフィーにつながる技術であるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は仕様をできるだけ早期に決定し、モード同期ファイバーレーザ、増幅器、ビート検出系を製作する。
光コムによる高分散分光器波長校正技術に関する開発研究について、今後は、モード同期Ybファイバレーザの制御性を高めて、光コムの外部環境に対する安定性を向上し、高分散分光器の波長校正に必要な長期運転性を向上させるとともに、光源の評価を行う。
宇宙の加速膨張の直接検出の理論的検討については、銀河形成の数値シミュレーションにより、実際の観測に即した系統誤差を詳細に評価する予定である。「宇宙の加速膨張の直接測定」および「物理定数の時間変化に対する制限」の観測的検討については、極めて高い波長測定精度が必要となるため、現時点での予備観測は困難であるが、理論予測と光周波数コムの導入後に期待される波長測定精度を踏まえて必要なシミュレーションを行っていく。
「銀河間物質（IGM）の3次元構造の解明」に向けては、銀河を背景光源に用いる際に必要となるテンプレートスペクトルの構築を行う。
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Research Products
(9 results)
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[Presentation] TMT計画 進捗報告2016
Author(s)
臼田知史、青木和光、柏川伸成ほか
Organizer
天文学会2016年春季年会
Place of Presentation
首都大学東京（東京都八王子市）
Year and Date
2016-03-14 – 2016-03-17
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