系外惑星直接観測のための超高ダイナミックレンジ光学系の研究

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21360037
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 西川 淳 National Astronomical Observatory of Japan, 光赤外研究部, 助教 (70280568)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黒川 隆志 東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究院, 教授 (40302913)
• Keywords: 応用光学・量子光工学 / 惑星探査 / 干渉計測 / 補償光学 / 波面誤差 / ナル干渉計 / コロナグラフ / 波面補償

Research Abstract

1995年以来、太陽系以外の惑星(系外惑星と呼ぶ)は、恒星のドップラー速度と明るさの変化などで間接的に約400個が確認され、近年、巨大惑星が直接撮像で検出された。系外惑星(特に地球型惑星)の直接検出と特徴の分析は現代天文学の最大の課題の1つとなっている。直接検出には、惑星よりも極めて強い恒星の回折光を減光するコロナグラフ手法と、散乱光(スペックル)を抑えるλ/10000rms精度の波面補正法で、10桁以上の広いダイナミックレンジを持つ撮像光学システムが必要である。本研究では、非対称ナル干渉(UNI)と、続けて配置する位相振幅補正(PAC)用の補償光学で、λ/10000rms相当の波面補正を目指し、2段立体サニャックまたは8分割位相マスクをコロナグラフとして結合し、10桁のダイナミックレンジを目指す。
UNI部を強固に改造した結果、ナル干渉後の出力波面が安定し、また、PAC補償光学の制御アルゴリズムの改善も加えて、波面の位相誤差・振幅誤差ともに、従来より高い約λ/100rms(λ/640rms相当)の波面補償精度に速く収束するようになった。立体サニャック干渉計型コロナグラフを結合して測定した、PAC補償光学による焦点面でのスペックルの低減も約1桁に向上し、UNI-PAC法の実証レベルが上がった。また、波面制御精度の高い可変形鏡の導入を進めている。
立体サニャック干渉計では、1段でのアクロマティック性を示した査読論文が出版された。2段では干渉計の配置について数値計算と考察検討を行い、特に偏光半透鏡の消光比が性能を左右することを考慮に入れて光学配置を決定し、実験推進中である。8分割位相マスクは、米国との国際協力の可能性が浮上し、打ち合わせを進めている。

Research Products

• [Journal Article] Achromatic deep nulling with a three-dimensional Sagnac interferometer (2009)
  • Author(s): Yokochi, K., Tavrov, V., A., Nishikawa, J., Murakami, N., Abe, L., Tamura, M., Takeda, M., Kurokawa, T.
  • Journal Title: Optics Letters 34 Pages: 1985-1987
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polarimetric stellar interferometry by use of birefringent retarders (2009)
  • Author(s): Murakami, N., Ohishi, N., Nishikawa, J., Yoshizawa, M.
  • Journal Title: Applied Optics 48 Pages: 5774-5781
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coronagraph Methods on Precise Wavefront Compensation(UNI-PAC)and Deep Achromatic Nulling (2009)
  • Author(s): Nishikawa, J., Yokochi, K., Murakami, N., Abe, L., Kotani, T., Tamura, M., Kurokawa, T., Tavrov, A.V., Takeda M.
  • Journal Title: Exoplanets and disks : their formation and diversity, AIP Conf.Proc. 1158 Pages: 365-368
• [Journal Article] Development of fourth-order nulling coronagraphs for partially resolved stars (2009)
  • Author(s): Murakami, N., Yokochi, K., Nishikawa, J., Tamura, M., Baba, N., Uemura, R., Hashimoto, N., Abe, L., Tavrov, A.V., Kurokawa, T., Takeda M.
  • Journal Title: Exoplanets and disks : their formation and diversity, AIP Conf.Proc. 1158 Pages: 397-398
• [Journal Article] HiCIAO : A High-contrast Instrument for the Next Generation Subaru Adaptive Optics (2009)
  • Author(s): Suzuki, R., Tamura, M., Suto, H., Morino, J.-I., Hashimoto, J., Kudo, T., Kandori, R., Murakami, N., Nishikawa, J., Ukita, N., Takami, H., Guyon, O., Nishimura, T., Hayashi, M., Izumiura, H., Abe, L., Tavrov, A., Jacobson, S., Stahlberger, V., Yamada, H., Shelton, R., Hodapp, K.
  • Journal Title: Exoplanets and disks : their formation and diversity, AIP Conf.Proc. 1158 Pages: 293-298
• [Journal Article] SPICA Coronagraph Instrument(SCI)for the Direct Imaging and Spectroscopy of Exo-Planets (2009)
  • Author(s): Enya, K., Kotani, T., Nakagawa, T., Kataza, H., Haze, K., Higuchi, S., Miyata, T., Sako, S., Nakamura, T., Yamashita, T., Narita, N., Tamura, M., Nishikawa, J., Hayano, H., Oya, S., Itoh, Y., Fukagawa, M., Shibai, H., Honda, M., Baba, N., Murakami, N., Takami, M., Matsuo, T., Ida, S., Abe, L., Guyon, O., Venet, M., Yamamuro, T., Bierden, P., Spica Coronagraph Team
  • Journal Title: SPICA joint European/Japanese Workshop Pages: 01004.1-6
• [Presentation] TMTと光赤外線干渉計:超高角分解能・コントラスト観測によるサイエンス (2010)
  • Author(s): 小谷隆行,西川淳,大石奈緒子,高見英樹
  • Organizer: 日本天文学会2010年春季年会
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県)
  • Year and Date: 2010-03-27
• [Presentation] SPICA搭載コロナグラフ観測装置 (2010)
  • Author(s): 塩谷圭吾, 小谷隆行, 中川貴雄, 片ざ宏一, 三田誠, 小松敬治, 内田英樹, 櫨香奈恵, 樋口慎, 宮田隆志, 酒向重行, 中村友彦, 山下卓也, 成田憲保, 田村元秀, 西川淳, 早野裕, 大屋真, 小久保英一郎, 深川美里, 芝井広, 伊藤洋一, 本田充彦, 馬場直志, 村上尚史, 岡本美子, 井田茂, 松尾太郎, 高見道弘, ABE Lyu, GUYON Olivier, VENET Melanie, 山室智康, BIERDEN, Paul
  • Organizer: 日本天文学会2010年春季年会
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県)
  • Year and Date: 2010-03-27
• [Presentation] 非対称ナル干渉と補償光学を融合した系外惑星直接検出のための超高コントラスト撮像法(4) (2010)
  • Author(s): 西川淳,田村元秀,横地界斗,黒川隆志,村上尚史, ABE Lyu,小谷隆行,村上浩, TAVROV Alexander,武田光夫
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県)
  • Year and Date: 2010-03-25
• [Presentation] 8分割フォトニック結晶マスクコロナグラフの性能評価 (2010)
  • Author(s): 村上尚史,西川淳,田村元秀,横地界斗,黒川隆志,馬場直志, ABE Lyu,村上浩
  • Organizer: 日本天文学会2010年春季年会
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県)
  • Year and Date: 2010-03-25
• [Presentation] High dynamic range coronagraph system for direct detection of exo-planets (2010)
  • Author(s): Yokochi, K., Nishikawa, J., Murakami, N., Abe, L., Kotani, T., Tamura, M., Tavrov, V., A., Takeda, M., Kurokawa, T.
  • Organizer: 第6回太陽系外惑星大研究会
  • Place of Presentation: 国立天文台(東京都)
  • Year and Date: 2010-01-19
• [Presentation] Laboratory demonstrations of liquid-crystal eight-octant phase-mask coronagraph (2010)
  • Author(s): 村上尚史,稲辺剛,小松智彦,西川淳,橋本信幸,栗原誠,馬場直志,田村元秀
  • Organizer: 第6回太陽系外惑星大研究会
  • Place of Presentation: 国立天文台(東京都)
  • Year and Date: 2010-01-19
• [Presentation] 系外惑星直接観測のための高ダイナミックレンジコロナグラフシステム (2010)
  • Author(s): 横地界斗,黒川隆志,西川淳,田村元秀,村上尚史, ABE Lyu,小谷隆行,村上浩, TAVROV Alexander,武田光夫
  • Organizer: 第10回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙航空開発研究機構/宇宙科学研究本部(神奈川県)
  • Year and Date: 2010-01-08
• [Presentation] 系外惑星探査のための8分割位相マスクコロナグラフ (2010)
  • Author(s): 村上尚史,横地界斗,西川淳,田村元秀,馬場直志,稲辺剛,橋本信幸,栗原誠, ABE Lyu,村上浩
  • Organizer: 第10回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙航空開発研究機構/宇宙科学研究本部(神奈川県)
  • Year and Date: 2010-01-08
• [Presentation] 地球型系外惑星探査ミッション (2010)
  • Author(s): 田村元秀、西川淳、オリビエギヨン、小久保英一郎、芝井広、深川美里、村上浩、中川貴雄、片坐宏一、塩谷圭吾、馬場直志、村上尚史、他、JTPFワーキンググループ
  • Organizer: 第10回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙航空開発研究機構/宇宙科学研究本部(神奈川県)
  • Year and Date: 2010-01-08
• [Presentation] 太陽系外惑星の精査に向けたSPICA搭載コロナグラフ観測装置 (2010)
  • Author(s): 塩谷圭吾、小谷隆行、櫨香奈恵、樋口慎、中川貴雄、片ざ宏一、三田誠、小松敬治、内田英樹、宮田隆志、酒向重行、中村友彦、山下卓也、成田憲保、田村元秀、西川淳、早野裕、大屋真、小久保英一郎、深川美里、芝井広、伊藤洋一、本田充彦、馬場直志、村上尚史、岡本美子、井田茂、高見道弘、松尾太郎、ABE, Lyu、GUYON, Olivier, VENET, Melanie、山室智康、BIERDEN, Paul、SPICAワーキンググループ
  • Organizer: 第10回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 宇宙航空開発研究機構/宇宙科学研究本部(神奈川県)
  • Year and Date: 2010-01-07
• [Presentation] Eight-octant phase-mask coronagraph for detecting Earth-like exoplanets around partially resolved stars (2009)
  • Author(s): Murakami, N., Nishikawa, J., Yokochi, K., Tamura, M., Baba, N., Hashimoto, N., Abe, L.
  • Organizer: Pathways towards habitable planets
  • Place of Presentation: Cosmo Caixa, Barcelona, Spain
  • Year and Date: 20090914-18
• [Presentation] A Coronagraph with an Unbalanced Nulling Interferometer and Adaptive Optics (2009)
  • Author(s): Nishikawa, J., Yokochi, K., Murakami, N., Abe, L., Kotani, T., Tamura, M., Kurokawa, T., Tavrov, A. V., Takeda M.
  • Organizer: Pathways towards habitable planets
  • Place of Presentation: Cosmo Caixa, Barcelona, Spain
  • Year and Date: 20090914-01
• [Presentation] Eight-Octant Phase-Mask Coronagraph by Using Liquid Crystal and Photonic Crystal Devices (2009)
  • Author(s): 村上尚史, 馬場直志, 西川淳, 横地界斗, 武田光夫, 橋本信幸, Abe, L.
  • Organizer: OIE '09 The Eighth Japan-Finland Joint Symposium on Optics in Engineering
  • Place of Presentation: Morito memorial Hall, Tokyo, Japan
  • Year and Date: 20090903-20090904
• [Presentation] High dynamic range optical system for direct detection of exo-planets by unbalanced nulling interferometer and adaptive optics (2009)
  • Author(s): 横地界斗, 西川淳, 村上尚史, Abe, L., 小谷隆行, 武田光夫, Tavrov, V., A., 武田光夫, 黒川隆志
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics(CLEO)
  • Place of Presentation: Baltimore Convention Center, Baltimore, U.S.A.
  • Year and Date: 20090531-20090605
• [Presentation] 系外惑星直接観測のための高精度波面補償 (2009)
  • Author(s): 西川淳
  • Organizer: Optics & Photonics Japan 2009(日本光学会年次学術講演会)シンポジウム デジタルオプティクス研究の現状と展望
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター(新潟県)
  • Year and Date: 2009-11-25
• [Presentation] 非対称ナル干渉計と補償光学によるスペックル雑音の低減 (2009)
  • Author(s): 横地界斗, 西川淳, 村上尚史, アベリュウ, 田村元秀, 黒川隆志
  • Organizer: Optics & Photonics Japan 2009(日本光学会年次学術講演会)
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター(新潟県)
  • Year and Date: 2009-11-25
• [Presentation] SPICAコロナグラフ:赤外線宇宙望遠鏡による系外惑星観測に向けて (2009)
  • Author(s): 塩谷圭吾, 小谷隆行, 櫨香奈恵, 樋口慎, 中川貴雄, 片ざ宏一, 三田誠, 小松敬治, 内田英樹, 宮田隆志, 酒向重行, 中村友彦, 山下卓也, 成田憲保, 田村元秀, 西川淳, 早野裕, 大屋真, 小久保英一郎, 深川美里, 芝井広, 伊藤洋一, 本田充彦, 馬場直志, 村上尚史, 岡本美子, 井田茂, 高見道弘, 松尾太郎, ABE Lyu, GUYON Olivier, VENET Melanie, 山室智康, BIERDEN Paul, SPICAコロナグラフチーム
  • Organizer: 日本天文学会2009年秋季年会
  • Place of Presentation: 山口大学(山口県)
  • Year and Date: 2009-09-14
• [Presentation] 系外惑星直接観測のための高精度波面補正法を用いた高ダイナミックレンジ光学システム (2009)
  • Author(s): 横地界斗,村上尚史,西川淳,アベリュウ,小谷隆行,田村元秀,タブロフアレキサンダー,武田光夫,黒川隆志
  • Organizer: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 筑波大学(茨城県)
  • Year and Date: 2009-04-01