A far-infrared study of massive star formation based on the India-Japan balloon-borne experiments

Research Project

Project/Area Number	21KK0053
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 16:Astronomy and related fields
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	金田英宏名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30301724)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	大薮進喜徳島大学, 教養教育院, 准教授 (10396806) 楠根貴成名古屋大学, 理学研究科, 研究員 (20915318)
Project Period (FY)	2021-10-07 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000) Fiscal Year 2025: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000) Fiscal Year 2024: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000) Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000) Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000) Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords	遠赤外線 / 星形成 / 気球観測 / [CII]放射 / 衛星ミッション
Outline of Research at the Start	本研究は、日本とインドの国際共同気球観測を軸に、遠赤外線による星形成の研究を推進することを目的とする。具体的には、我々が所有する遠赤外線アレイ分光器と、インドが所有する口径1 mの気球望遠鏡システムを組み合わせ、インドのハイデラバード気球放球基地から大質量星形成領域の観測を実施する。遠赤外線[CII]放射を検出し、星間雲フィラメント・ハブ構造と大質量星形成との関連性を探る。4年間で代表的な大質量星形成領域を網羅的に観測する。また、気球観測と並行して現地滞在中に、将来の遠赤外線による星形成研究のために、インド宇宙研究機関ISRO主導の天文衛星による遠赤外線偏光撮像ミッションの概念検討を進める。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、インドのタタ基礎科学研究所(TIFR)の研究者と共同で遠赤外線天文観測を実施するものであり、インド・ハイデラバードのTIFR気球放球基地における遠赤外線気球望遠鏡による星形成領域の観測、および将来の遠赤外線天文衛星プロジェクトの実現に向けた検討を行う。 2023年度は、2023年2月18日-19日（インド時間）に実施した気球観測のデータ解析を進めた。観測された天体は星形成領域Carina、RCW42、RCW106、NGC3603、NGC6334、NGC6357、GM1-24、RCW116である。インドチームと協力してデータ処理を進め、現行のデータ解析ソフトの改良も行った。これらの天体のうち、NGC6334はフィラメント構造が卓越した興味深い領域であり、データの質も良かったため、先行して研究を進め、名古屋大学2023年度修士論文「大質量星形成領域における星間磁場の振る舞いと遠赤外線[CII] 放射の関係」（辻隼大）に初期成果をまとめた。また、投稿論文の準備を始めた。並行して、国内においても、新分光器の遠赤外線アレイセンサー読み出しのデジタル回路の改修や、実験データ表示・評価ソフトの改良、遠赤外線ファブリペロー分光器の低温駆動評価システムの構築などを進めた。とくに、ファブリペロー分光器を運用温度10 Kで駆動距離およびmicro-radianレベルのチルト誤差を高精度に測定するための特殊な光学計測システムを構築し、名古屋大学2023年度修士論文「遠赤外線[CII]気球望遠鏡搭載用冷却駆動型ファブリペロー分光器の性能評価」（脇田愛未）にその開発成果をまとめた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 新型コロナウイルス感染症による渡航・活動規制によって、インド現地での作業開始が大幅に遅れたこともあり、2023年2月にようやく試験観測の実施に成功し、従来通りの動作を確認できた。しかし、2023年度は世界的に液体ヘリウムの入手が困難になったことや、インドの共同研究チームが管理する地上望遠鏡装置の立ち上げ作業のため都合が付かず、ハイデラバードでの気球観測が実施できなかった。
Strategy for Future Research Activity	2024年4月24日から5月2日に、インドのハイデラバードTIFR気球放球基地およびムンバイTIFR本部を訪問する。次回の気球観測に向けたスケジュールを確認し、新しい遠赤外線分光器の投入時期を議論する予定である。また、インド側の宇宙科学ロードマップの提案内容を議論し、遠赤外線衛星ミッションの可能性について検討する。インドにおける液体ヘリウムの入手性は改善しており、2024年11月期に観測を再開できる見込みである。なお、2023月2月の試験観測の際に分かった不具合（[CII]スペクトル線の中心波長がずれて検出されたこと）に対処するために、インド現地で標準[CII]光源を用いた再キャリブレーションを行う予定であり、問題がなければ観測に進む。また、データ解析パイプラインの開発を日印両方で進めており、2024年中に日印で公式ソフトを一本化することを目標に共同作業を継続する。