視線速度法による地球型惑星検出のための超広帯域光周波数コムの開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: New Frontiers of Extrasolar Planets: Exploring Terrestrial Planets
• Project/Area Number: 26103709
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 小谷 隆行 国立天文台, 太陽系外惑星探査プロジェクト室, 助教 (40554291)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 光周波数コム / 視線速度測定 / 地球型惑星

Outline of Annual Research Achievements

平成27年度は、光周波数コム（以下光コム）の光を赤外線高分散分光器に入射させ、スペクトルがどこまで延びているか、また安定性の確認実験を行った。赤外線を検出するために分光器内部を冷却した状態で初めて、光コムのスペクトルを取得することができた。コム発生波長は概ね1040-1750nmで確認することができたが、より短波長側は検出器感度不足により確認することはできなかった。また安定性確認のために、周波数シフターを用いて光コム周波数を数m/sシフトさせ、これを分光器で検出する実験を行った。しかし冷却した分光器の温度不安定性により、光コムと分光器の安定性を分離し定量的に評価することが難しいことがわかった。一方、光コム単体での安定性は、約0.2MHz(約0.2m/s)を確認しており、地球型惑星発見に必要な1m/sには十分な精度であることがわかっている。
次に、光コム強度は波長に強く依存することがわかっていたが、これを低減するために、色ガラスフィルターを組み合わせることで、全波長域に渡って約15dB程度の強度平坦性を達成することができた。目標の10dBにはまだ到達していないが、スペクトルは分光器検出器の複数のピクセルにわたって分布するため、それらを合算することで検出器のダイナミックレンジを疑似的に向上させることが可能であり、15dBの平坦性でも観測には問題ない。
視線速度測定精度を制限する要因の一つに、モーダルノイズがある。光コムは単色性が強いため、モーダルノイズが大きく出やすいという問題があるが、回転すりガラスや、コムを通したファイバーを動的に動かし続ける、などのスクランブラーと呼ばれる手法を用いることで、モーダルノイズを非常に小さく抑えることができた。目標である1m/sの安定性には到達していないが、全ての波長の光を用いることで、目標精度を達成できると思われる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] パルス整形による広帯域マルチギガヘルツコム発生と天文分光への応用 (2015)
  • Author(s): 黒川隆志，柏木謙，小谷隆行，西川淳，田村元秀
  • Journal Title: 光技術コンタクト Volume: 53 Pages: 32, 41
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 地球型惑星検出のためのすばる赤外線ドップラー分光器IRDの開発: 11 (2016)
  • Author(s): 小谷隆行, 周藤浩士, 西 川淳, 大宮正士,田村元秀,黒川隆志, 森貴宏, 小久保宰, 柏木謙, 田中洋介, et. al
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2016-03-14 – 2016-03-14
• [Presentation] IRドップラー観測用光周波数コムの特性評価 (2016)
  • Author(s): 森貴宏、小久保宰、奥山康志、柏木謙、田中洋介 (東京農工大)，黒川隆志 (国立天文台, 東京農工 大), 小谷隆行 (ABC, 国立天文台, 総研大)，西川 淳 (国立天文台, 総研大,ABC)，田村元秀 (東大, 国立天文台,ABC）
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2016-03-14 – 2016-03-14
• [Presentation] 系外惑星探査に向けたIRドップラー観測装置の開発～光コムによる超高精度光周波数計測で宇宙の神秘に迫る～ (2016)
  • Author(s): 黒川隆志，柏木謙，小谷隆行，西川淳，田村元秀
  • Organizer: 日本学術振興会光エレクトロニクス第130委員会「光の日」公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 京理科大学 森戸記念館、東京都
  • Year and Date: 2016-03-08 – 2016-03-08
  • Invited
• [Presentation] 地球型惑星検出のためのすばる赤外線ドップラー分光器IRDの開発: 10 (2015)
  • Author(s): 小谷隆行, 周藤浩士, 西 川淳, 大宮正士,田村元秀,黒川隆志, 森貴宏, 小久保宰, 柏木謙, 田中洋介, et. al
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 甲南大学（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-09-11 – 2015-09-11
• [Presentation] IRドップラー観測用光周波数コムの特性評価 (2015)
  • Author(s): 森貴宏, 奥山康志, 柏木謙, 田中洋介 (東京農工大), 黒川隆志 (国立天文台, 東京農工大), 小谷隆行 (Astrobiology Center(ABC), 国立天文台) , 西川 淳 (国立天文台, 総研大, ABC) , 田村元秀 (東大, 国立天文台,ABC)
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 甲南大学（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-09-11 – 2015-09-11