天体重力波の光学赤外線対応現象の探索

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: 重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開
• 研究課題/領域番号: 24103003
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 吉田 道利 広島大学, 宇宙科学センター, 教授 (90270446)
• 研究分担者: 太田 耕司 京都大学, 理学研究科, 教授 (50221825) ; 柳澤 顕史 国立天文台, 岡山天体物理観測所, 助教 (90311183) ; 本原 顕太郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90343102)
• 研究期間 (年度): 2012-06-28 – 2017-03-31
• キーワード: 光学赤外線天文学 / 電波天文学 / 重力波天体 / 突発天体 / 天文観測装置開発

研究実績の概要

重力波源の光赤外線対応現象の探索のために構築したJ-GEM (Japanese collaboration of Gravitational wave Electro-Magnetic follow-up) を活用して、米国の重力波望遠鏡LIGOによる重力波観測の追跡観測を実施した。2015年9月14日にLIGOは人類史上初の重力波の直接検出に成功し、30太陽質量を持つ二つのブラックホールの合体現象を捉えた。このイベント、GW150914に対して、J-GEMでは木曽観測所およびニュージーランドのMt.John観測所での追跡観測を行った。さらに、2015年12月26日にLIGOが検出した2番目の重力波放出現象（GW151226）についてもJ-GEMによるフォローアップ観測を実施した。このときは、すばる望遠鏡のHyper Suprime-Camも用いて、およそ1000平方度の広範囲に渡って観測することに成功した。いずれの観測でも重力波に対応する光赤外線現象の発見には至らなかったが、世界の追跡観測網の中で大きな寄与をすることができた。
装置開発に関しては、木曽観測所にて超広視野CMOSカメラTomo-eの開発を進め、8個のCMOSチップを搭載した試作機を制作して、木曽シュミット望遠鏡に搭載して試験観測を実施した。京都大学では光ファイバーを用いた面分光ユニットを開発して、岡山天体物理観測所の可視分光器KOOLSに装着して試験観測を行い、性能評価を行った。広視野赤外線カメラOAO-WFCは光学系の調整を終了し、観測ソフトウェアを整備して定常観測に入ることができた。広島大学は50cmロボット望遠鏡HinOTORIを無事にチベット・阿里サイトまで運搬することができた。しかし、チベットへの入境の許可が下りず、望遠鏡・ドームの設置作業を進めることはできなかった。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

人類史上初の重力波直接検出のアラートを受けて、本研究領域で整備を進めた追跡観測ネットワークJ-GEMによって、実際に追跡観測を実施できた。研究開始当初は、LIGOの感度向上の進捗を考慮して、2016年度に本格的な追跡観測を実施することが想定されていたが、LIGOの観測の初期段階においてブラックホール同士の合体現象が検出されるという予想外の事態により、当初予定よりも1年近く早く追跡観測を行うことができた。これに対応できたのは、早めにJ-GEMの整備を進めていたからであり、これは当初計画よりも大きな進展である。さらに、2回目の重力波イベントに対しては、7台の望遠鏡を駆使して1000平方度におよぶ広範囲観測と、280個の銀河観測を実施することができ、本領域で構築した追跡観測ネットワークが十分に機能することを示すことができた。
観測装置開発においても、超広視野CMOSカメラTomo-eの試作機の完成と試験観測の実施、面分光ユニットの完成と試験観測の実施、広視野赤外線カメラOAO-WFCの定常観測開始など、当初予定通り計画が進展した。ロボット望遠鏡HinOTORIについては、中国側の問題で設置にまでは至らなかったが、チベットまでの運搬は終了した。
以上のことを総合して、当初の計画以上に進展していると評価した。

今後の研究の推進方策

J-GEMを活用して、LIGOの第2回定常運転（O2）に対応して、重力波イベントの光赤外線追跡観測を実施して重力波の光赤外線対応現象の同定を目指す。
超広視野CMOSカメラTomo-eE試作機による試験観測結果をまとめ、実機開発を進める。岡山天体物理観測所において面分光ユニットを用いて、重力波イベントやショートガンマ線バーストの追跡観測を実施する。広視野赤外線カメラOAO-WFCの定常観測を進め、赤外線による突発天体、変動天体のモニター観測を実施する。上記の装置はいずれも重力波イベントが起これば、その追跡観測に投入する。
50cmロボット望遠鏡HinOTORIのチベット・阿里サイトへの設置を行い、試験調整観測を実施する。平成28年度末までに定常観測に移行することを目指す。

研究成果

• [国際共同研究] California Institute of Technology/European Gravitational Observatory/Max-Planck-Institut(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: California Institute of Technology/European Gravitational Observatory/Max-Planck-Institut
  • 他の機関数: 100
• [国際共同研究] 中国国家天文台/紫金山天文台(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 中国国家天文台/紫金山天文台
• [国際共同研究] National Institute for Astrophysics(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: National Institute for Astrophysics
• [雑誌論文] Rapidly Rising Transients from the Subaru Hyper Suprime-Cam Transient Survey (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M., Tominaga, N., Morokuma, T., Yasuda, N., Furusawa, H., Baklanov, P. V., Blinnikov, S. I., Moriya, T. J., Doi, M., Jiang, J.-a., Kato, T., Kikuchi, Y., Kuncarayakti, H., Nagao, T., Nomoto, K., Taniguchi, Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 819 ページ: 5
  • DOI: 10.3847/0004-637X/819/1/5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Properties of the Interstellar Medium in Star-Forming Galaxies at z~1.4 Revealed with ALMA (2016)
  • 著者名/発表者名: Seko, A., Ohta, K., Yabe, K., Hatsukade, B., Akiyama, M., Iwamuro, F., Tamura, N., Dalton, G.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 819 ページ: 82
  • DOI: 10.3847/0004-637X/819/1/82
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Giant H-alpha; Nebula Surrounding the Starburst Merger NGC 6240 (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, M., Yagi, M., Ohyama, Y., Komiyama, Y., Kashikawa, N., Tanaka, H., and Okamura, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 820 ページ: 48
  • DOI: 10.3847/0004-637X/820/1/48
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multi-wavelength Observations of the Black Widow Pulsar 2FGL J2339.6-0532 with OISTER and Suzaku (2015)
  • 著者名/発表者名: Yatsu, Y., Kataoka, J., Takahashi, Y., Tachibana, Y., Kawai, N., Shibata, S., Pike, S., Yoshii, T., Arimoto, M., Saito, Y., Nakamori, T., Sekiguchi, K., Kuroda, D., Yanagisawa, K., Hanayama, H., Watanabe, M., Hamamoto, K., Nakao, H., Ozaki, A., Motohara, K., Konishi, M., Tateuchi, K., Matsunaga, N., Yoshida, M., 他20名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 802 ページ: 84
  • DOI: 10.1088/0004-637X/802/2/84
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ALMA Multi-line Observations of the IR-bright Merger VV 114 (2015)
  • 著者名/発表者名: Saito, T., Iono, D., Yun, M. S., Ueda, J., Nakanishi, K., Sugai, H., Espada, D., Imanishi, M., Motohara, K., Hagiwara, Y., Tateuchi, K., Lee, M., Kawabe, R.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 803 ページ: 60
  • DOI: 10.1088/0004-637X/803/2/60
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] OISTER Optical and Near-Infrared Observations of Type Iax Supernova 2012Z (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka, M., Maeda, K., Kawabata, K.~S., Tanaka, M., Tominaga, N., Akitaya, H., Nagayama, T., Kuroda, D., Takahashi, J., Saito, Y., Yanagisawa, K., Fukui, A., Miyanoshita, R., Watanabe, M., 他19名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 806 ページ: 191
  • DOI: 10.1088/0004-637X/806/2/191
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Star Formation Rate and Metallicity of the Host Galaxy of the Dark GRB 080325 at z=1.78 (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hashimoto, D. A. Perley, K. Ohta, K. Aoki, I. Tanaka, vY. Niino, K, Yabe, N. Kawai
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 806 ページ: 250
  • DOI: 10.1088/0004-637X/806/2/250
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rest-frame Optical Emission Lines in Far-infrared-selected Galaxies at z < 1.7 from the FMOS-COSMOS Survey (2015)
  • 著者名/発表者名: J. S. Kartaltepe, D. B. Sanders, J. D. Silverman, D. Kashino, J. Chu, H. Zahid, G. Hasinger, L. Kewley, K. Matsuoka, T. Nagao, L. Riguccini, M. Salvato, K. Schawinski, Y. Taniguchi, E. Treister, P. Capak, E. Daddi, K. Ohta
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 806 ページ: L36
  • DOI: 10.1088/2041-8205/806/2/L35
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rapid Variability of Blazar 3C 279 during Flaring States in 2013-2014 with Joint Fermi-LAT, NuSTAR (2015)
  • 著者名/発表者名: Hayashida, M., Nalewajko, K., Madejski, G.M., Sikora, M., Itoh, R., Ajello, M., Blandford, R.D., Buson, S., Chiang, J., Fukazawa, Y., Furniss, A.K., Urry, C.M., Hasan, I., Harrison, F.A., 他38名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 807 ページ: 79
  • DOI: 10.1088/0004-637X/807/1/79
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of a Highly Polarized Optical Microflare in Blazar S5 0716+714 during the 2014 WEBT Campaign (2015)
  • 著者名/発表者名: Bhatta, G., Goyal, A., Ostrowski, M., Stawarz, L., Akitaya, H., Arkharov, A. A., Bachev, R., Benitez, E., Borman, G. A., Carosati, D., Cason, A. D., Damljanovic, G., Dhalla, S., Frasca, A., 他31名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 809 ページ: L27
  • DOI: 10.1088/2041-8205/809/2/L27
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Compact starbursts in z~3-6 submillimeter galaxies revealed by ALMA (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Ikarashi, R. J. Ivison, K. I. Caputi, I. Aretxaga, J. S. Dunlop, B. Hatsukade, D. Hughes, D. Iono, T. Izumi, R. Kawabe, K. Kohno, C. P. Lagos, K. Motohara, K. Nakanishi, K. Ohta, Y. Tamura, H. Umehata, G. Wilson, K. Yabe, M S. Yun
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 810 ページ: 133
  • DOI: 10.1088/0004-637X/810/2/133
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Optical-Infrared Properties of Faint 1.3mm Sources Detected with ALMA (2015)
  • 著者名/発表者名: B. Hatsukade, K. Ohta, K. Yabe, A. Seko, R. Makiya, M. Akiyama
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 810 ページ: 91
  • DOI: 10.1088/0004-637X/810/2/91
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraining Supernova Progenitors: AN Integral Field Spectroscopic Survey of the Explosion Sites (2015)
  • 著者名/発表者名: Kuncarayakti, H., Aldering, G., Anderson, J. P., Arimoto, N., Doi, M., Galbany, L., Hamuy, M., Hashiba, Y., Kruehler, T., Maeda, K., Morokuma, T., Usuda, T.
  • 雑誌名: Publication of Korean Astronomical Society 巻: 30 ページ: 139-143
  • DOI: 10.5303/PKAS.2015.30.2.139
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraining the amount of circumstellar matter and dust around Type Ia supernovae through near-infrared echoes (2015)
  • 著者名/発表者名: Maeda, K., Nozawa, T., Nagao, T., Motohara, K.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 452 ページ: 3281-3292
  • DOI: 10.1093/mnras/stv1498
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Cosmic Infrared Background seen by ALMA (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Carniani, R. Maiolino, G. De Zotti, M. Negrello, A. Marconi, M. S. Bothwell, P. Capak, C. Carilli, M. Castellano, S. Cristiani, A. Ferrara, A. Fontana, S. Gallerani, G. Jones, K. Ohta, K. Ota, L. Pentericci, P. Santini, K. Sheth, L. Vallini, E. Vanzella, J. Wagg, R. J. Williams
  • 雑誌名: Astronony and Astrophysics 巻: 584 ページ: A78
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201525780
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] FIELD: Automated emission line detection software for Subaru/FMOS near-infrared spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Tonegawa, T. Totani, F. Iwamuro, M. Akiyama, G. Dalton, K. Glazebrook, K. Ohta, H. Okada, K. Yabe
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 67 ページ: 31
  • DOI: 10.1093/pasj/psu127
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An emergence of a new polarized emission region in blazar Mrk 421 associated with an X-ray flare (2015)
  • 著者名/発表者名: Itoh, R., Fukazawa, Y., Tanaka, Y.T., Kawabata, K.S., Takaki, K., Hayashi, K., Uemura, M., Ui, T., Sasada, M., Yamanaka, M., and Yoshida, M.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 67 ページ: 45
  • DOI: 10.1093/pasj/psv016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physical conditions of the interstellar medium in star-forming galaxies at z~1.5 (2015)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, M., Ly, C., Shimasaku, K., Motohara, K., Malkan, M. A., Nagao, T., Kashikawa, N., Goto, R., Naito, Y.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 67 ページ: 80
  • DOI: 10.1093/pasj/psv041
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Subaru FMOS galaxy redshift survey (FastSound). I. Overview of the survey targeting Hα emitters at z~1.4 (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Tonegawa, T. Totani, H. Okada, M. Akiyama, G. Dalton, K. Glazebrook, F. Iwamuro, T. Maihara, K. Ohta, I. Shimizu, N. Takato, N. Tamura, K. Yabe, A. J. Bunker, J. Coupon, P. G. Ferreira, C. S. Frenk, T. Goto, C. Hikage, T. Ishikawa, T. Matsubara, S. More, T. Okumura, W. J. Percival, L. R. Spitler,I. Szapudi
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 67 ページ: 81
  • DOI: 10.1093/pasj/psv044
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Subaru FMOS Galaxy Redshift Survey (FastSound). III. The mass metallicity relation and the fundamental metallcity relation at z~1.4 (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Yabe, K. Ohta, M. Akiyama, A. Bunker, G. Dalton, E. Ellis, K. Glazebrook, T. Goto, M. Imasnihi, F. Iwamuro, H. Okada, I. Shimizu, N. Takato, N. Tamura, M. Tonegawa, T. Totani
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 67 ページ: 102
  • DOI: 10.1093/pasj/psv079
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] J-GEM:天体重力波の電磁波追跡観測ネットワーク (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田道利
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
  • 招待講演
• [学会発表] ショートガンマ線バーストの可視即時分光観測のための自動ToOアラート発令システム (2016)
  • 著者名/発表者名: 松林和也、太田耕司
  • 学会等名: 日本天文学会2016年春季年会
  • 発表場所: 首都大学東京（八王子市）
  • 年月日: 2016-03-15
• [学会発表] 木曽超広視野高速 CMOS カメラ Tomo-e プロトタイプ機の性能評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 菊池勇輝, 酒向重行, 高橋英則, 大澤亮, 土居守, 他
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 首都大学東京(八王子市)
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [学会発表] 木曽超広視野高速 CMOS カメラ Tomo-e の開発 ― Tomo-e プロトタイ プ機の開発および試験観測の報告 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大澤亮, 酒向重行, 高橋英則, 他
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 甲南大学(神戸市)
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [学会発表] TAOによる重力波放出源の光学対応天体の追跡調査 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田道利
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 首都大学東京(八王子市)
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [学会発表] 重力波天体の探査でHSCに求められるもの (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田道利
  • 学会等名: HSC時間軸天文学ワークショップ
  • 発表場所: 国立天文台（三鷹市）
  • 年月日: 2016-03-04 – 2016-03-05
• [学会発表] Status Report of A02 and J-GEM Collaboration (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida
  • 学会等名: 4th Annual Symposium of the Innovative Area on Multi-messenger Study of Gravitational Wave Sources
  • 発表場所: Kavli IPMU-カブリ数物連携宇宙研究機構（柏市）
  • 年月日: 2016-02-18 – 2016-02-20
  • 国際学会
• [学会発表] 突発天体(ショー卜ガンマ線バースト)の自動観測アラート発令システムの構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松林和也、太田耕司
  • 学会等名: 第16回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（名古屋市）
  • 年月日: 2015-12-14 – 2015-12-16
• [学会発表] 重力波対応天体の追跡 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉田道利
  • 学会等名: 光赤外天文学シンポジウム
  • 発表場所: 国立天文台（三鷹市）
  • 年月日: 2015-09-14 – 2015-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] 木曽超広視野高速 CMOS カメラ Tomo-e の開発 － 基本設計の完了 (2015)
  • 著者名/発表者名: 酒向重行, 小林尚人, 土居守, 本原顕太郎,他
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
  • 発表場所: 甲南大学(神戸市)
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
• [学会発表] 木曽超広視野高速 CMOS カメラ Tomo-e のバックエンドデータ転送シ ステムの設計と評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大澤亮, 酒向重行, 小林尚人, 土居守, 本原顕太郎,他
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
  • 発表場所: 甲南大学(神戸市)
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
• [学会発表] 木曽超広視野高速 CMOS カメラ Tomo-e のイメージセンサ評価試験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 菊池勇輝, 酒向重行, 小林尚人, 土居守, 本原顕太郎,他
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
  • 発表場所: 甲南大学(神戸市)
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
• [学会発表] 木曽超広視野高速 CMOS カメラ Tomo-e による TNO 掩蔽現象の捜索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 有松亘, 渡部潤一, 田中雅臣,他
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
  • 発表場所: 甲南大学(神戸市)
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
• [学会発表] KOOLS-IFU計画 ーToO観測についてー (2015)
  • 著者名/発表者名: 太田耕司、松林和也
  • 学会等名: 岡山ユーザーズミーティング
  • 発表場所: 国立天文台（三鷹市）
  • 年月日: 2015-08-17 – 2015-08-18
• [学会発表] KOOLS-IFU計画 ー試験観測結果ー (2015)
  • 著者名/発表者名: 松林和也、太田耕司
  • 学会等名: 岡山ユーザーズミーティング
  • 発表場所: 国立天文台（三鷹市）
  • 年月日: 2015-08-17 – 2015-08-18
• [学会発表] Status of EM follow-up for LIGO (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida
  • 学会等名: Bi-monthly Meeting of the Innovative Area of Gravitational Wave Science
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪市）
  • 年月日: 2015-08-17
  • 国際学会
• [学会発表] HinOTORI Science Objectives (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida
  • 学会等名: Workshop of China-Japan Collaboration
  • 発表場所: Purple Mountain Observatory, Nanjing
  • 年月日: 2015-07-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of an optical IFU for prompt follow-up spectroscopy of short GRBs (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Ohta, K. Matsubayashi
  • 学会等名: Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW) 2015
  • 発表場所: INTEX大阪（大阪市）
  • 年月日: 2015-06-17 – 2015-06-20
  • 国際学会
• [学会発表] Recent Activities of J-GEM (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida, K. Ohta, K. Motohara, et al.
  • 学会等名: Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW) 2015
  • 発表場所: INTEX大阪（大阪市）
  • 年月日: 2015-06-17 – 2015-06-20
  • 国際学会
• [学会発表] J-GEM: Japanese collaboration for Gw EM follow-up observation (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida
  • 学会等名: Workshop on the LIGO-Virgo Electromagnetic Follow-up program
  • 発表場所: EGO - European Gravitational Observatory, Cascina, Pisa
  • 年月日: 2015-04-23
  • 国際学会
• [備考] HinOTORIプロジェクト
  • URL: http://hinotori.hiroshima-u.ac.jp/
• [備考] 新学術研究・計画研究A02「天体重力波の光学赤外線対応現象の探索」
  • URL: http://jgem.hiroshima-u.ac.jp/
• [備考] The Tomo-e Gozen project
  • URL: http://www.ioa.s.u-tokyo.ac.jp/tomoe/index.html
• [学会・シンポジウム開催] Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW) 2015 (2015)
  • 発表場所: INTEX大阪 （大阪市）
  • 年月日: 2015-06-17 – 2015-06-20