2021 Fiscal Year Annual Research Report
スパースモデリングによるALMA望遠鏡イメージングの新展開
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20H01951
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| Research Institution | The Institute of Statistical Mathematics |
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Principal Investigator |
池田 思朗 統計数理研究所, 数理・推論研究系, 教授 (30336101)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田村 陽一 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (10608764)
本間 希樹 国立天文台, 水沢VLBI観測所, 教授 (20332166)
小杉 城治 国立天文台, アルマプロジェクト, 准教授 (90290882)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ALMA望遠鏡 / 電波干渉計 / イメージング / スパースモデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
国際プロジェクト、イベント・ホライゾン・テレスコープ(EHT)は2019年4月、2022年5月にそれぞれM87楕円銀河と天の川銀河の中心にある巨大ブラックホールシャドウを撮影した。EHTは地球規模の巨大な電波干渉計であり、この撮像のために日本チームが中心となってスパースモデリングを用いた新たなイメージング法を開発した。スパースモデリングによる方法は新たな電波干渉計イメージング法として期待されている。本研究ではスパースモデリングに基づくイメージング法をチリにある高性能電波干渉計であるALMA望遠鏡で用いるため、専用のソフトウェア環境を構築することが目的である。ALMAはEHTに比べて計算量が多いが、EHTに比べて雑音が少ないため、シンプルなアルゴリズムでも十分に良い画像が得られる。初年度は，イメージングの最も大事な撮像アルゴリズムの部分を高速化した。電波干渉計のイメージング法ではこれまで長年CLEAN法が用いられてきた。2021年度はソフトウェアのプロトタイプを公開し、CLEAN法と比較して本手法の結果が良いのかという点を天文学者との共同研究を通じて検証した。その結果、既存の方法を改善するものとなりうることを確認している。
電波干渉計では、望遠鏡ごとに感度が変化し、光路長の変化によって位相も変化する。これらはまとめてゲインと呼ばれ、望遠鏡ごとに時事刻々と変化するゲインを適切に調整しなければ正しい画像は得られない。ゲインの調整はセルフ・キャリブレーションと呼ばれる。2021年度は本研究の一環としてセルフ・キャリブレーションの新たなアルゴリズムを開発した。新たなアルゴリズムは十分高速に動作するため、このアルゴリズムを実装し、検証を行った。動作は期待通りであり。この結果については現在、論文を執筆中である。他にも共同研究を通じた論文の執筆を行なっている。
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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
初年度に開発したアルゴリズムをプロトタイプのソフトウェアとして公開し、共同研究を通して検証した結果、実用上十分に使えることがわかった。このことからイメージングの最も大事な撮像アルゴリズムの部分は順調に動作していることがわかり、本研究課題の進捗は順調であると考える。また、セルフ・キャリブレーションのアルゴリズムも十分に高速に動作することを確認し、実際の干渉計のデータによって検証を行い、現在論文を執筆中である。以上より、おおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
新たな方法を普及させるには既存方法と同等以上の結果が得られることが求められる。新たな電波干渉計のイメージング法を提案するならば、これまで長年用いられてきたCLEAN法と同等以上となる必要がある。スパースモデリングのアルゴリズムについては共同研究を通した検証が進んだことから、この後具体的な天文学の成果に結びつけるべく共同研究を通じて検証を続けていく。
2021年度はゲインを調整するセルフ・キャリブレーションについても新たな方法を提案し、高速化も行った。この新たなセルフ・キャリブレーションは公開されているデータを使った検証で動作を確認したが、この結果を論文化し、共同研究を通した手法の検証を行い、問題点を洗い出す。また、ソフトウェアの普及のために、ソフトウェアのインストール環境とマニュアルの整備を行う。
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