宇宙赤外線背景放射のロケット観測でさぐる銀河ダークハロー浮遊星と宇宙再電離

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05744
• 研究機関: 関西学院大学
• 研究代表者: 松浦 周二 関西学院大学, 理工学部, 教授 (10321572)
• 研究分担者: 津村 耕司 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (60579960) ; 白旗 麻衣 国立天文台, JASMINE検討室, 特任研究員 (50450713)
• 研究期間 (年度): 2015-05-29 – 2020-03-31
• キーワード: 宇宙物理 / 光赤外線天文学 / ロケット実験

研究実績の概要

本研究は，銀河のダークハロー内の浮遊星(IHL: Intra-Halo Light)や宇宙再電離期の電離源天体の光を，近赤外線の銀河系外背景放射(EBL: Extragalactic Background Light)として観測することを目的とし，この観測をロケット実験CIBER-2により実施するものである．
我々が過去に実施したCOBE，IRTS，「あかり」やSpitzerなどの衛星観測，およびロケット実験CIBERの結果から，近赤外EBLは通常の銀河光を積算した明るさよりもはるかに明るいことが明確となった．このEBL超過の事実は，IHLや宇宙再電離天体のような未知放射の存在を示しており，その起源の解明が急務となっている．CIBER-2実験では，可視光を含むこれまでになく広い波長域でのEBLの空間的なゆらぎと放射スペクトルを測定し，EBL超過の起源を解明する．
CIBER-2実験はNASAの観測ロケットを用いて行なうが，観測装置の基幹部分である望遠鏡やカメラ光学系は，日本で開発および製作する．製作した光学系は国内で性能試験を実施したのち，研究のメインパートナーである米国カリフォルニア工科大学へ輸送し，ロケットに搭載する観測装置システムとして組み立てを行なう．
平成27年度は，可視～近赤外波長をダイクロイック・ビームスプリッターにより3つの波長バンドに分割したカメラ光学系のコンポーネント製作を完了した．これは過去に例のない波長範囲(0.5-2μm)と広画角(2.3度角)および低温(80K)での動作という特殊仕様を実現した画期的な光学系である．

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

申請時の計画当初は望遠鏡とカメラ光学系の両者を平成27年度中に製作し性能評価試験を実施する予定であったが，カメラ光学系を搭載するロケットの内径寸法に収めるために多くの設計変更が必要となり，それに伴うレンズ仕様の変更が発生し，この開発にめどをたてるのに多くの時間を要したことが，計画遅延の主たる原因である．具体的には，改訂した光学設計には非球面レンズを多用する必要が生じ，それらのレンズ表面の急峻な曲面に広帯域無反射コートを製造する技術が国内業者にはなく，これを製造工程レベルにまで立ち入り開発する必要が生じた．しかし，開発に時間をかけた結果，平成27年度中に無反射コートの製造方法を確立し，レンズ製作を行なうことができた．

今後の研究の推進方策

今後もCIBER-2光学系の開発と製作を進め，米国での観測装置組立て後に様々な環境試験や性能試験に供する．
前述のとおり計画は当初の予定よりやや遅延しているが，装置性能に関して妥協し性急に製作を行なうよりも着実に仕様を満たす良い観測装置を仕上げることを優先する．平成28年度は，カメラ光学系の冷却試験と望遠鏡の製作と性能評価を実施する予定である．これらの開発を終えれば観測装置としてはかなり完成に近づいたと言ってよい．その後は観測装置システムとして総合的な性能評価を行なうが，平成28年度中はその試験環境を整えることにも注力する．

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア工科大学/カリフォルニア大学アーバイン校/ロチェスター工科大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: カリフォルニア工科大学/カリフォルニア大学アーバイン校/ロチェスター工科大学
• [国際共同研究] KASI/ソウル大学(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: KASI/ソウル大学
• [国際共同研究] ASIAA(台湾)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: ASIAA
• [雑誌論文] Measurements of Diffuse Sky Emission Components in High Galactic Latitudes at 3.5 and 4.9 um Using Dirbe and WISE Data (2016)
  • 著者名/発表者名: Sano, K.; Kawara, K.; Matsuura, S.; Kataza, H.; Arai, T.; Matsuoka, Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 818 ページ: 72(1-14)
  • DOI: 10.3847/0004-637X/818/1/72
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Derivation of a Large Isotopic Diffuse Sky Emission Component at 1.25 and 2.2um from the COBE/DIRBE Data (2015)
  • 著者名/発表者名: Sano, K.; Kawara, K.; Matsuura, S.; Kataza, H.; Arai, T.; Matsuoka, Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 811 ページ: 77(1-13)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/811/2/77
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Measurements of the Mean Diffuse Galactic Light Spectrum in the 0.95-1.65 μm Band from CIBER (2015)
  • 著者名/発表者名: Arai, T.; Matsuura, S.; Bock, J.; Cooray, A.; Kim, M. G.; Lanz, A.; Lee, D. H.; Lee, H. M.; Sano, K.; Smidt, J.; Matsumoto, T.; Nakagawa, T.; Onishi, Y.; Korngut, P.; Shirahata, M.; Tsumura, K.; Zemcov, M.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 806 ページ: 69(1-14)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/806/1/69
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Calibration of the AKARI far-infrared all-sky survey maps (2015)
  • 著者名/発表者名: Takita, Satoshi; Doi, Yasuo; Ootsubo, Takafumi; Arimatsu, Ko; Ikeda, Norio; Kawada, Mitsunobu; Kitamura, Yoshimi; Matsuura, Shuji; Nakagawa, Takao; Hattori, Makoto; Morishima, Takahiro; Tanaka, Masahiro; Komugi, Shinya
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 67 ページ: 51(1-8)
  • DOI: 10.1093/pasj/psv033
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The AKARI far-infrared all-sky survey maps (2015)
  • 著者名/発表者名: Doi, Yasuo; Takita, Satoshi; Ootsubo, Takafumi; Arimatsu, Ko; Tanaka, Masahiro; Kitamura, Yoshimi; Kawada, Mitsunobu; Matsuura, Shuji; Nakagawa, Takao; Morishima, Takahiro; Hattori, Makoto; Komugi, Shinya; White, Glenn J.; Ikeda, Norio; Kato, Daisuke; Chinone, Yuji; Etxaluze, Mireya; Cypriano, Elysandra F.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 67 ページ: 50(1-22)
  • DOI: 10.1093/pasj/psv022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 宇宙赤外線背景放射の観測用ロケット実験 CIBER-2 : 広視野撮像装置 (2016)
  • 著者名/発表者名: 白旗麻衣
  • 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（東京都，八王子市）
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-14
• [学会発表] 宇宙赤外線背景放射の観測用ロケット実験CIBER-2 : 望遠鏡システム (2016)
  • 著者名/発表者名: 新井俊明
  • 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（東京都，八王子市）
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-14
• [学会発表] Intensity Mapping of the History of Stellar Emission with the Cosmic Infrared Background ExpeRiment-2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Lanz, Alicia E.; Arai, Toshiaki; Battle, John; Bock, James; Cooray, Asantha R.; Hristov, Viktor; Korngut, Phillip; Lee, Dae Hee; Mason, Peter; Matsumoto, Toshio; Matsuura, Shuji; Onishi, Yosuke; Shirahata, Mai; Tsumurai, Kohji; Wada, Takehiko; Zemcov, Michael B.
  • 学会等名: American Astronomical Society, AAS meeting#227, id.335.03
  • 発表場所: フロリダ（USA）
  • 年月日: 2016-01-07 – 2016-01-07
• [学会発表] 惑星間ダスト雲外からの宇宙赤外線背景放射観測-EXZIT/ソーラー電力セイル計画の現状- (2015)
  • 著者名/発表者名: 松浦周二
  • 学会等名: 日本天文学会2015年秋季年会
  • 発表場所: 甲南大学（兵庫県，神戸市）
  • 年月日: 2015-09-11 – 2015-09-11
• [学会発表] 宇宙赤外線背景放射の観測ロケット実験CIBER-2 (2015)
  • 著者名/発表者名: 新井俊明
  • 学会等名: 日本天文学会2015年秋季年会
  • 発表場所: 甲南大学（兵庫県，神戸市）
  • 年月日: 2015-09-10 – 2015-09-10
• [備考] 関西学院大学 理工学部 物理学科 赤外線天文学研究室
  • URL: http://sci-tech.ksc.kwansei.ac.jp/d_phys/research/infrared-astronomy.html
• [備考] 宇宙赤外線背景放射観測プロジェクト
  • URL: http://www.ir.isas.jaxa.jp/~matsuura/darkage/index_da.html