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

• Project Area: New Frontiers of Extrasolar Planets: Exploring Terrestrial Planets
• Project/Area Number: 26103709
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• 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
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2015: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• 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
• [Journal Article] Infrared Doppler instrument (IRD) for the Subaru telescope to search for Earth-like planets around nearby M-dwarfs (2014)
  • Author(s): Kotani, Takayuki; Tamura, Motohide; Suto, Hiroshi; Nishikawa, Jun; Sato, Bun'ei; Aoki, Wako; Usuda, Tomonori; Kurokawa, Takashi; Kashiwagi, Ken; Nishiyama, Shogo; Ikeda, Yuji;…; Kudo, Tomoyuki; Kusakabe, Nobuhiko;…; Hori, Yasunori; Omiya, Masashi;…; Harakawa, Hiroki;…; Hirano, Teruyuki; Kuzuhara, Masayuki et al.
  • Journal Title: Proceedings of the SPIE 2014 Volume: 9147 Pages: 914714-914714
  • DOI: 10.1117/12.2055075
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 系外惑星観測のための光周波数コム光源の開発 (2014)
  • Author(s): 黒川隆志, 柏木謙, 小谷隆行, 西川淳, 田村元秀
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: 42 Pages: 706-710
  • NAID: 130007897532
  • 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
• [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
• [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
  • 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
• [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
• [Presentation] Extra-solar planets exploration using frequency comb: Infrared Doppler instrument for the Subaru telescope (IRD) (2015)
  • Author(s): Motohide Tamura, Takayuki Kotani, Hiroshi Suto, Jun Nishikawa, Bun‘ei Sato, Wak Aoki, Tomonori Usuda, Takashi Kurokawa, Ken Kashiwagi, Shogo nishiyama, Yuji Ikeda, Donald B. Hall, Klaus W. Hodapp, Shne Jacobson, Jun Hashimoto, Jun-Ichi Morino, Yasushi Okuyama, Yosuke Tanaka, Shota Suzuki, Jungmi Kwon, et al.
  • Organizer: D5: Fiber-optic devices and sensors, Optical Fiber Communication Conference
  • Place of Presentation: Los Angeles Convention Center, Los Angeles, California, USA
  • Year and Date: 2015-03-24
• [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: 9 (2015)
  • Author(s): 小谷隆行, 大宮正士, 周藤浩士, 神戸栄治, 森野潤一, 寺田宏, 小久保英一郎, 鈴木竜二, 成田憲保, 工藤智幸, 日下部展彦, 原川紘季, 林正彦, 福井暁彦, 權靜美, Oliver Guyon, 田村元秀, 西川淳, 青木和光, 臼田知史, 高遠徳尚, 早野裕, 高見英樹, 泉浦秀行, 堀安範, 橋本淳, 馬場はるか, 呉大鉉, 黒川隆志, 奥山康志, 森貴宏, 柏木謙, 他18名
  • Organizer: 日本天文学会2015年春季年会 V213a
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2015-03-20
• [Presentation] 近赤外線高分散分光器IRDのスクランブラー開発 (2015)
  • Author(s): 馬場はるか, 西川淳, 泉浦秀行, 小谷隆行, 周藤浩士, 西山正吾, 森野潤一, 神戸栄治, 權靜美, 奥山康志, 森貴宏, 柏木謙, 田中洋介, 黒川隆志, 末永拓也, 呉大鉉, 崔森悦, 田村元秀, IRD チーム
  • Organizer: 日本天文学会2015年春季年会 V214a
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2015-03-20
• [Presentation] IRドップラー観測用光周波数コムの広帯域化 (2015)
  • Author(s): 森貴宏, 奥山康志, 柏木謙, 田中洋介, 黒川隆志, 小谷隆行, 西川淳, 田村元秀
  • Organizer: 2015年 第62回応用物理学会春季学術講演会 12p-A15-8
  • Place of Presentation: 東海大学 湘南キャンパス （神奈川県平塚市）
  • Year and Date: 2015-03-12
• [Presentation] 系外惑星探査のための近赤外ドップラー分光と光周波数コム (2015)
  • Author(s): 黒川隆志, 柏木謙, 小谷隆行, 西川淳, 田村 元秀
  • Organizer: 015年 第62回応用物理学会春季学術講演会 12p-B3-2
  • Place of Presentation: 東海大学 湘南キャンパス （神奈川県平塚市）
  • Year and Date: 2015-03-12
  • Invited
• [Presentation] Broadband Multi-Gigahertz-Spaced Frequency Comb for Near Infrared Doppler Instrument (2014)
  • Author(s): Yasushi Okuyama, Ken Kashiwagi, Takayuki Kotani, Jun Nishikawa, Motohide Tamura, Takashi Kurokawa
  • Organizer: Frontiers in Optics/Laser Science 2014 (FiO/LS 2014), no. FM3C.3
  • Place of Presentation: W Marriott Tucson Starr Pass Resort, Tucson, Arizona, USA
  • Year and Date: 2014-10-20
• [Presentation] 系外惑星探査のための広帯域マルチギガヘルツコムの発生 (2014)
  • Author(s): 奥山康志, 柏木謙, 黒川隆志, 小谷隆行, 西川淳, 田村元秀
  • Organizer: 2014年 第75回応用物理学会秋季学術講演会 20a-C2-9
  • Place of Presentation: 北海道大学 札幌キャンパス （北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-20
• [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: 8 (2014)
  • Author(s): 小谷隆行, 周藤浩士, 神戸栄治, 森野潤一, 寺田宏, 小久保英一郎, 鈴木竜二, 成田憲保, 工藤智幸, 日下部展彦, 西山正吾, 林正彦, 福井暁彦, 權靜美, Oliver Guyon, 田村元秀, 西川淳, 青木和光, 臼田知史, 高遠徳尚, 早野裕, 高見英樹, 泉浦秀行, 堀安範, 橋本淳, 馬場はるか, 末永拓也, 呉大鉉, 黒川隆志, 柏木謙, 田中陽一, 鈴木翔太, 他21名
  • Organizer: 日本天文学会2014年秋季年会 V215a
  • Place of Presentation: 山形大学小白川キャンパス（山形県山形市）
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] Infrared Doppler instrument (IRD) for the Subaru telescope to search for Earth-like planets around nearby M-dwarfs (2014)
  • Author(s): Kotani, T., M. Tamura, H. Suto, J. Nishikawa, B. Sato, W. Aoki, T. Usuda, T. Kurokawa, K. Kashiwagi, S. Nishiyama, Y. Ikeda, D. B. Hall, K. W. Hodapp, J. Hashimoto, J.-I. Morino, Y. Okuyama, Y. Tanaka, S. Suzuki, S. Inoue, J. Kwon, T. Suenaga, D. Oh, H. Baba, N. Narita, E. Kokubo, Y. Hayano, H. Izumiura, et al.
  • Organizer: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2014
  • Place of Presentation: Palais des congres de Montreal, Montreal, Canada
  • Year and Date: 2014-06-24
• [Presentation] Infrared Doppler project for the Subaru telescope to reach one Earth-mass planet around M dwarfs (2014)
  • Author(s): T. Kotani, J. Nishikawa, H. Suto, M. Tamura, B. Sato, W. Aokia, T. Usudad, T. Kurokawa, K. Kashiwagi, S. Nishiyama, Y. Ikeda, D. Hall, K. Hodapp, J. Hashimoto, J. Morino, S. Suzuki, Y. Tanaka, Y. Okuyama, M. Inoue, Y. Mizuno, J. Kwon, T. Suenaga, D. Oh, N. Narita, E. Kokubo, Y. Hayano, H. Izumiura, E. Kambe, et al.
  • Organizer: Exoplanetary science, Recontre du Vietnum
  • Place of Presentation: International Centre for Interdisciplinary Science Education (ICISE), Quy Nhon, Vietnum
  • Year and Date: 2014-04-22