重力波源からのガンマ線バーストを観測する衛星搭載赤外線望遠鏡の開発

• 研究領域: 重力波物理学・天文学：創世記
• 研究課題/領域番号: 20H04744
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京都市大学
• 研究代表者: 津村 耕司 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (60579960)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円); 2021年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
• キーワード: ガンマ線バースト / 宇宙望遠鏡 / 重力波対応天体 / ケスタープリズム / 赤外線天文学 / 赤外線望遠鏡

研究開始時の研究の概要

HiZ-GUNDAMは、GRBの発生を検知するX線光学系と、それを自律的に追観測する赤外線望遠鏡とを併せ持つ事で、検出したGRBのほぼ全てを追観測することが可能となる。この赤外線望遠鏡は0.5-2.5umの4バンド同時撮像によりGRB残光の赤方偏移を測定しアラート情報に含める事で、GRB発生から30分以内に地上大型望遠鏡による高赤方偏移GRBの効率的な追観測を促す。これにより、重力波対応天体の観測に加えて、宇宙再電離、重元素合成、大質量ブラックホール生成などにも併せて迫る。

研究実績の概要

本研究計画では、中性子星連星の合体をshort GRBおよびキロノヴァとして観測することを目的の一つとして、極限時空探査衛星計画HiZ-GUNDAMを世界に先駆け2030年頃に実現することを目指している。HiZ-GUNDAM衛星の実現には、検出したGRBを即座に追観測する為の衛星搭載の近赤外線宇宙望遠鏡が不可欠である。そこで、我々が今までに開発してきたロケット観測計画CIBER-2で培った宇宙望遠鏡開発の実績を活かし、HiZ-GUNDAM搭載望遠鏡のBread Board Model (BBM)を製作することを通して、技術的課題を克服し、その設計を実証的に確定させていく。
HiZ-GUNDAM計画は、2021年末にJAXA宇宙科学研究所のプリプロジェクト移行審査に合格し、現在は複数の衛星搭載機器開発メーカーを交えて概念検討を進めている。その検討において (1) 可視光から近赤外線の広い波長域における多波長同時観測を実現する冷却宇宙望遠鏡の光学設計、 (2) 人工衛星に搭載し軌道上で要求温度 (望遠鏡筐体: 200 K、検出器: 120 K)にまで冷却する熱構造の検討・設計、 (3) ケスタープリズムを用いた新たな波長分割方式の検討とそれによるコスト削減、などを検討しており、このような活動を通して、人工衛星に搭載する赤外線宇宙望遠鏡の実現性を高めると同時に、今後のより詳細な検討において取り組むべき技術課題を抽出することができた。
なお、本研究計画の代表者は2022年度の後期に育児休業を取得したため、2022年度の活動は前半の半年間のみであった。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

HiZ-GUNDAM計画は2021年度末にJAXAのプリプロジェクト移行審査に合格し、2022年度末のダウンセレクションを経て、JAXAの正式なプロジェクトとして採択されるべく活動を進めている。この目的を実現するため、メーカを交えて概念検討も順調に進んでおり、今後検討すべきの技術的課題などを抽出し、衛星搭載の宇宙望遠鏡の実現性を高めることができている。

今後の研究の推進方策

HiZ-GUNDAM計画のJAXAプロジェクト化に向け、本研究が担う搭載装置である赤外線宇宙望遠鏡の開発に関する検討をメーカを交えて継続し、プロジェクト化に必要な技術的課題の克服に努めていく。なお、今年度後期に実施予定だった研究内容は、来年度に実施予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Detection of an Extremely Large Impact Flash on Jupiter by High-cadence Multiwavelength Observations (2022)
  • 著者名/発表者名: Arimatsu Ko、Tsumura Kohji、Usui Fumihiko、Watanabe Jun-ichi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 933 号: 1 ページ: L5-L5
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac7573
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inferred Measurements of the Zodiacal Light Absolute Intensity through Fraunhofer Absorption Line Spectroscopy with CIBER (2022)
  • 著者名/発表者名: Korngut P. M.、Kim M. G.、Arai T.、Bangale P.、Bock J.、Cooray A.、Cheng Y. T.、Feder R.、Hristov V.、Lanz A.、Lee D. H.、Levenson L.、Matsumoto T.、Matsuura S.、Nguyen C.、Sano K.、Tsumura K.、Zemcov M.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 926 号: 2 ページ: 133-133
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac44ff
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polarization Spectrum of Near-Infrared Zodiacal Light Observed with CIBER (2022)
  • 著者名/発表者名: Takimoto Kohji、Arai Toshiaki、Matsuura Shuji、Bock James J.、Cooray Asantha、Feder Richard M.、Korngut Phillip M.、Lanz Alicia、Lee Dae Hee、Matsumoto Toshio、Nguyen Chi H.、Onishi Yosuke、Sano Kei、Shirahata Mai、Takahashi Aoi、Tsumura Kohji、Zemcov Michael
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 926 号: 1 ページ: 6-6
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac416f
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Thermally altered subsurface material of asteroid (162173) Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Kitazato K.、Milliken R. E.、Iwata T. .. Yabuta, H. ... et al. (101人中76番目)
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 5 号: 3 ページ: 246-250
  • DOI: 10.1038/s41550-020-01271-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Detectability of Optical Transients with Timescales of Subseconds (2021)
  • 著者名/発表者名: Arimatsu Ko、Tsumura Kohji、Usui Fumihiko、Ootsubo Takafumi、Watanabe Jun-ichi
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 161 号: 3 ページ: 135-135
  • DOI: 10.3847/1538-3881/abd94d
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Three case reports on the cometary plasma tail in the historical documents (2021)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Hayakawa, Yuri I. Fujii, Koji Murata et al.
  • 雑誌名: Journal of Space Weather and Space Climate 巻: 11 ページ: 21-21
  • DOI: 10.1051/swsc/2020045
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sample collection from asteroid (162173) Ryugu by Hayabusa2: Implications for surface evolution (2020)
  • 著者名/発表者名: Morota, T., Sugita, S., Cho, Y., Kanamaru, M., Tatsumi, E., Sakatani, N., Honda, R., Hirata, N. et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 368 号: 6491 ページ: 654-659
  • DOI: 10.1126/science.aaz6306
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Estimating survival probability using the terrestrial extinction history for the search for extraterrestrial life (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsumura Kohji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 12795-12795
  • DOI: 10.1038/s41598-020-69724-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of an optical and near-infrared telescope onboard the HiZ-GUNDAM mission (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsumura Kohji、Yonetoku Daisuke、Kawabata Koji、Matsuura Shuji、Noda Hirofumi、Urata Yuji、Niino Yuu、Sano Kei、Ohashi Akisato、Doi Akihiro、Akitaya Hiroshi、Miyasaka Akihiro、Kurimata Miku、Kawata Yoshikatsu、Arimoto Makoto、Hirofumi Okita Hirofumi
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE, Space Telescopes and Instrumentation 2020: Optical, Infrared, and Millimeter Wave 巻: 11443 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1117/12.2560654
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Pre-flight optical test and calibration for the Cosmic Infrared Background ExpeRiment 2 (CIBER-2) (2020)
  • 著者名/発表者名: Takimoto Koji、Tsumura K. et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE, Space Telescopes and Instrumentation 2020: Optical, Infrared, and Millimeter Wave 巻: 11443
  • DOI: 10.1117/12.2561917
  • 国際共著
• [雑誌論文] Development of EXo-Zodiacal Infrared Telescope (EXZIT) for observation of visible and near-infrared extragalactic background light (2020)
  • 著者名/発表者名: Sano Kei、Matsuura Shuji、Tsumura Kohji、Takahashi Aoi、Hashimoto Ryo、Ogura Sota、Yomo Kazuma、Yasutake Hikoma、Ino Yuta、Tanaka Reina
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE, Space Telescopes and Instrumentation 2020: Optical, Infrared, and Millimeter Wave 巻: 11443 ページ: 210-210
  • DOI: 10.1117/12.2559169
• [雑誌論文] SPICA Mid-infrared Instrument (SMI): The latest design and specifications (2020)
  • 著者名/発表者名: Wada T., Kaneda H., Kokusho T., Suzuki T., Morihana K., Tsuchikawa T., Kuroda Y., Ishikawa D., Oyabu S., Isobe N., Ishihara D., et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 11443 ページ: 215-215
  • DOI: 10.1117/12.2561157
  • 国際共著
• [雑誌論文] High-z gamma-ray bursts unraveling the dark ages and extreme space-time mission: HiZ-GUNDAM (2020)
  • 著者名/発表者名: Yonetoku Daisuke、Mihara Tatehiro、Doi Akihiro、Sakamoto Takanori、Tsumura Kohji、Ioka Kunihito、et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE, Volume 11444, id. 114442Z 13 pp. (2020). 巻: 11444 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1117/12.2560603
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] HiZ-GUNDAM搭載の可視・近赤外線望遠鏡の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 津村 耕司, 米徳 大輔, 土居 明広, 川端 弘治, 松浦 周二, 野田 博文, 宮坂 明宏, 秋田谷 洋, 佐野 圭, 大橋 秋聡, 栗又 美紅, 川田 祥克
  • 学会等名: 第21回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] Development of an optical and near-infrared telescope onboard the HiZ-GUNDAM mission for observing gamma-ray bursts from gravitational wave sources (2021)
  • 著者名/発表者名: Kohji Tsumura
  • 学会等名: The Fourth Annual Area Symposium Online: Gravitational wave physics and astronomy: Genesis
• [学会発表] Estimation of the fraction of life-bearing planets that evolve intelligence fi in the Drake equation by the terrestrial extinction history (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsumura Kohji
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Development of an optical and near-infrared telescope onboard the HiZ-GUNDAM mission (2020)
  • 著者名/発表者名: Kohji Tsumura, Daisuke Yonetoku, Koji Kawabata, Shuji Matsuura, Hirofumi Noda, Yuji Urata, Yuu Niino, Kei Sano, Akisato Ohashi, Akihiro Doi, Hiroshi Akitaya, Akihiro Miyasaka, Miku Kurimata, Yoshikatsu Kawata, Makoto Arimoto, Hirofumi Okita, HiZ-GUNDAM collaboration
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation, Space Telescopes and Instrumentation 2020: Optical, Infrared, and Millimeter Wave
  • 国際学会
• [図書] 物理学実験指針<第2版> (2020)
  • 著者名/発表者名: 須藤誠一, 飯島正徳, 長田剛, 門多顕司, 菅谷幹治, 津村耕司, 中村正人, 西村太樹
  • 総ページ数: 128
  • 出版者: 東京教学社