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

2017 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)
• 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や宇宙再電離期の電離源天体の光を近赤外線の宇宙背景放射として観測することを目的とする．この研究は，CIBER-2 (Cosmic Infrared Background EpeRiment 2)と名付けた国際共同ロケット実験により実施する．
我々がこれまでに行なってきたCOBE，IRTS，「あかり」やSpitzerなどの衛星による観測，およびロケット実験CIBERの結果から，近赤外線の宇宙背景放射は当初から予期されていた系外銀河の積算光よりもはるかに明るいこと（超過成分の存在）がわかってきた．特に，平成29年度初頭にThe Astrophysical Journal誌にて発表したCIBER実験の成果（Matsuura et al., ApJ, 839, 7, 2017）では，宇宙背景放射の超過の原因が太陽系内の黄道光の差し引き不足による可能性を除外し，超過成分は銀河系外に起源を持つ可能性が高いことを示した．この超過成分が宇宙初期に起源を持つ可能性があり，その解明は科学的に極めて重要である．この未知の超過成分の解明を目的とするCIBER-2実験では，CIBER実験と比べて観測波長の可視光への拡大や1桁の感度向上を可能とする観測装置を新たに開発している．
現在までCIBER-2観測装置の基幹部分である光学系は日本が開発を担当し，これを本科研費により実施してきた．平成29年度内にすべての光学系部品の製作を完了し，研究の主パートナーである米国カリフォルニア工科大学への搬送を完了した．平成30年度は観測装置の性能評価を実施したのち，いよいよロケットの打上げ・観測を実施する．

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

CIBER-2プロジェクトにおける日本の主担当は観測装置の基幹部分である望遠鏡およびレンズ光学系の開発であり，本科研費の研究課題はこれを遂行するものである．当初の研究計画では平成28年度に光学系の開発を終えロケット打上げを実施するはずであったが，機器開発の中で様々な技術的問題により実験計画に約２年の遅延が生じた．
その主な理由は，光学系を構成するレンズと望遠鏡の鏡の製作加工精度，および望遠鏡の振動耐性等に深刻な問題があったことである．CIBER-2の科学目的に沿った広視野・広波長帯域の仕様を満たす光学系をロケットの搭載可能域内で実現するには非球面レンズを多用せざるを得なかったが，非球面レンズ群は大きな曲率をもつため製造に課題があった．海外メーカーで行なった試作で精度やレンズに欠けの問題があったことで国内メーカーへの切り換えに予定外の時間やコストが生じた．また，望遠鏡の振動試験において予定外の大きな共振があり問題となったため，この対策のための構造シミュレーションの見直しやダンパーを新たに開発することに時間を要した．現在，これらの問題はほぼクリアできたため，最終的な観測装置の製造を行なうことができた．

今後の研究の推進方策

平成29年度までにCIBER-2観測装置の開発において日本が担当する光学系の製造を完了することができた．光学系は主な共同研究機関であるカリフォルニア工科大学へ輸送した．今後はカリフォルニア工科大学において光学系を所定の液体窒素温度にまで冷却した際の光学性能を評価する試験を実施する．望遠鏡の焦点調整と結像性能評価にはじまり，赤外線検出器との組合せによる総合的な感度測定や波長校正を行なってゆく．その後，ロケット打上げ基地であるホワイトサンズ実験場に観測装置を輸送し，最終的な感度校正や調整および振動試験等を実施したのち，打上げ観測を行なう．打上げ後はパラシュートによる観測装置の回収を行ない，オンボードメモリに書き出した観測データを回収する．観測装置は次回の打上げにむけて必要な修理や改修を行なう．
打上後は装置開発や実験の実施にかかわる学術論文をチーム内で分担し早急に出版する．観測データについては研究チーム内で解析を分担しさまざまな科学側面における学術論文を多数出版する．

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア工科大学/ロチェスター工科大学/カリフォルニア大学アーバイン校(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: カリフォルニア工科大学/ロチェスター工科大学/カリフォルニア大学アーバイン校
• [国際共同研究] KASI(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: KASI
• [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] New Spectral Evidence of an Unaccounted Component of the Near-infrared Extragalactic Background Light from the CIBER (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuura, Shuji; Arai, Toshiaki; Bock, James J.; Cooray, Asantha; Korngut, Phillip M.; Kim, Min Gyu; Lee, Hyung Mok; Lee, Dae Hee; Levenson, Louis R.; Matsumoto, Toshio; Onishi, Yosuke; Shirahata, Mai; Tsumura, Kohji; Wada, Takehiko; Zemcov, Michael
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 839 ページ: 7 (15pp.)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa6843
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Galactic Latitude Dependence of Near-infrared Diffuse Galactic Light: Thermal Emission or Scattered Light? (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano, K.; Matsuura, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 849 ページ: 31 (11pp.)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa906c
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ロケット実験CIBER-2：プロジェクト進捗状況 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐野圭, 松浦周二, 児島智哉, 太田諒, 瀧本幸司, 岩崎稔広, 檀林健太, 山田康博, 高橋葵, 津村耕司, 松本敏雄, James Bock, Daehee Lee, Shiang-Yu Wang, 他CIBER-2チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2018年春季年会
• [学会発表] ロケット実験CIBER-2：振動試験と振動シミュレーション (2018)
  • 著者名/発表者名: 太田諒, 松浦周二, 佐野圭, 児島智哉, 瀧本幸司, 岩崎稔広, 檀林健太, 山田康博, 高橋葵, 津村耕司, 松本敏雄, James Bock, Daehee Lee, Shiang-Yu Wang, 他CIBER-2チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2018年春季年会
• [学会発表] 宇宙赤外線背景放射観測のロケット実験CIBER-2：全体状況および光学系試験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋葵, 松浦周二, 佐野圭, 児島智哉, 瀧本幸司, 太田諒, 津村耕司, 松本敏雄, 松原英雄, Shiang-Yu Wang, James Bock, 他CIBER-2 チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2017年秋季年会
• [学会発表] ロケット実験CIBER-2：観測装置の構造解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 児島智哉, 松浦周二, 佐野圭, 瀧本幸司, 太田諒, 高橋葵, 津村耕司, 松本敏雄, Shiang-Yu Wang, James Bock, 他CIBER-2 チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2017年秋季年会
• [学会発表] Build up and integration of the rocket-borne Cosmic Infrared Background ExperRiment-2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Alicia E. Lanz, Toshiaki Arai, John Battle, James Bock, Asantha R. Cooray, Viktor Hristov, Tomoya Kojima, Phillip Korngut, Dae Hee Lee, Peter Mason, Toshio Matsumoto, Shuji Matsuura, Chi Nguyen, Mai Shirahata, Aoi Takahashi, Kohji Tsumura, Takehiko Wada, Shiang-Yu Wang, Michael B. Zemcov
  • 学会等名: American Astronomical Society, AAS meeting #229
  • 国際学会
• [備考] 関西学院大学 理工学部 松浦研究室
  • URL: http://sci-tech.ksc.kwansei.ac.jp/~matsuura/