2015 Fiscal Year Annual Research Report
近赤外面分光ユニットの開発と、それを用いた銀河形成・進化機構の解明
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14J06780
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
北川 祐太朗 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 面分光 / 超精密加工 / 赤外線天文学 / 銀河形成進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
面分光 (Integral Field Spectroscopy) とは2次元視野内の空間情報を保持したまま，各領域の波長情報を同時に得ることのできる観測手法である．近年，可視赤外天文学において急速に用いられるようになり，銀河の力学構造や金属量などの空間分布を知る上で重要な役割を果たしている．本研究では近赤外面分光の実現を目標として，イメージスライサー型近赤外面分光ユニット(IFU)の開発をおこなってきた．今年度は以下の項目で重要な進展があった．
[A] 複雑形状ミラーアレイの切削による一体加工可能性を検証するために，超精密切削加工技術をもちいた加工実験をおこなった．特に加工手法と工具形状が面精度の仕上がりに与える影響を考慮し， シェーパー加工とエンドミル加工のそれぞれの手法で検証した．その結果，エンドミル加工で近赤外波長での仕様を満たす表面粗さ(< ~ 5nm)を達成した．また工具のアライメント精度による形状精度の悪化など技術課題もみつかったが，事前のテスト加工をおこないその結果を工具経路にフィードバックすることで解決できる見込みを得ている．
[B] 光学系を保持するための支持構造体の概念設計を行った．光学素子どうしのアラインメント調整を可能な限り減らすことを目標とし，構造体にも超精密切削技術を適用するというアイデアで検討をすすめた．その結果，(1)異なる光学素子どうしをひとつの母材から一体加工することで部品数を減らし，(2)それら光学素子群を位置決めピンでベースプレート上に配置する，という設計案を得た．またそのモデルをもとに，本番用ユニットと同じ外形をもつダミーIFUを製作し本番の運用を想定した耐久試験(100回連続交換) をおこなった．その結果，SWIMSの多天体分光スリット交換機構で本設計のユニット(総重量~約900 g)が交換できることを実証した．
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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
昨年度にSWIMS用イメージスライサー型面分光ユニット(IFU)光学系の光学素子を実際に製作するための加工技術を蓄積し，今年度は引き続き本番と同じ25枚の反射面をもつスライスミラーの製作に取り組んだ．特に近赤外波長で要求される面精度を達成できた点は大きな成果である．またSWIMS本体についてもIFUをモジュールとして組み込むための改造を加え，耐久試験をおこなうなど，本番の運用に向けて具体的に検討が進んている．これらの結果は2016年6月にひらかれる国際学会(SPIE)で口頭発表する予定であり，来年度内のIFU完成に向けて引き続き研究を進めていく．
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| Strategy for Future Research Activity |
理化学研究所の先端光学素子開発グループと密に連携をとり，残りのIFUミラーアレイの製作に着手する．特に本番用ミラーの材質は低温(~80K)に最適化された特殊アルミニウム合金を用いることがすでに決まっており，熱サイクルによる形状歪みの抑制など基礎データの取得も引き続きおこなっていく．ミラー製作と平行して，それらを支持する構造体についても必要なサイズの特殊アルミニウム合金が入手出来次第，製作に入る予定である．最終的な組み上げを国内でまず一度実施し，可視光源を用いた射出スリットのアライメントチェックを実験室でおこなう．その結果を踏まえてユニットの最終調整をおこない，再アライメントで問題ないことを確認次第，ハワイ観測所にIFUを輸送する．ハワイ観測所ではホスト装置であるSWIMSにIFUをインストールしたのち，山頂に輸送し，すばる望遠鏡でのIFUファーストライトと初期試験観測をおこなう．
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