系外惑星直接観測のための超高ダイナミックレンジ光学系の研究

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21360037
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 西川 淳 国立天文台, 光赤外研究部, 助教 (70280568)
• キーワード: 応用光学・量子光工学 / 惑星探査 / 干渉計測 / 補償光学 / 波面誤差 / ナル干渉計 / コロナグラフ / 波面補償

研究概要

1995年以来、太陽系以外の惑星(系外惑星と呼ぶ)は、恒星のドップラー速度と明るさの変化などで間接的に約400個が確認され、近年、巨大惑星が直接撮像で検出された。系外惑星(特に地球型惑星)の直接検出と特徴の分析は現代天文学の最大の課題の1つとなっている。直接検出には、惑星よりも極めて強い恒星の回折光を減光するコロナグラフ手法と、散乱光(スペックル)を抑えるλ/10000rms精度の波面補正法で、10桁以上の広いダイナミックレンジを持つ撮像光学システムが必要である。本研究では、非対称ナル干渉(UNI)と、続けて配置する位相振幅補正(PAC)用の補償光学で、λ/10000ms相当の波面補正を目指し、2段立体サニャックまたは8分割位相マスクをコロナグラフとして結合し、10桁のダイナミックレンジを目指す。
UNI部では、非対称ナル干渉計による波面誤差の拡大現象が安定的に計測され、実験値は2つの波面に部分相関がある場合として説明できることが判った。PAC部では、可変形鏡と波面センサーの光学的マッチングや制御アルゴリズムを改善し、可変形鏡の制御精度を向上させた結果、約λ/1000rmsのレベルに制御可能になった。注目されるUNI-PACの効果については、波面センサーで測定した位相・振幅の制御結果のみならず、立体サニャックコロナグラフ焦点面のスペックルレベルで1桁以上の低減が確認され、極めて理論に近い形で実証されるに至った。ただし、現在の実験系では、波面センサーと本光路の非共通光路の光学素子の持つ波面誤差のため、実質的には位相誤差で約λ/100rms(約λ/600rms相当)の精度に留まっていることも明確になり、対策を計画中である。8分割位相マスクコロナグラフは、アクロマティック性の証明やフォトニック結晶の高品質が注目され、米国JPLとの国際協力が進行中である。

研究成果

• [雑誌論文] Speckle noise suppression with unbalanced nulling interferometer in a high-contrast imaging system (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Yokochi, N. Murakami, J. Nishikawa, L. Abe, M. Tamura, A. V. Tavrov, M. Takeda, and T. Kurokawa
  • 雑誌名: Optics EXPRESS 巻: 19 ページ: 4957-4969
  • DOI: DOI:10.1364/OE.19.004957
  • 査読あり
• [雑誌論文] Achromatic eight-octant phase-mask coronagraph using photonic crystal (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Murakami, J. Nishikawa, K. Yokochi, M. Tamura, N. Baba, L. Abe
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 714 ページ: 772-777
  • DOI: DOI:10.1088/0004-637X/714/1/772
  • 査読あり
• [雑誌論文] A coronagraph with an unbalanced nulling interferometer and adaptive optics (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Nishikawa, K. Yokochi, N. Murakami, L. Abe, T. Kotani, M. Tamura, T. Kurokawa, A. V. Tavrov, M. Takeda
  • 雑誌名: Astronomical Society of the Pacific Conference Series 巻: 430 ページ: 513-514
  • URL: http://aspbooks.org/custom/publications/paper/430-0513.html
• [雑誌論文] Eight-octant Phase-mask Coronagraph for Detecting Earth-like Exoplanets around Partially Resolved Stars (2010)
  • 著者名/発表者名: Murakami, N.; Nishikawa, J.; Yokochi, K.; Tamura, M.; Baba, N.; Hashimoto, N.; Abe, L.
  • 雑誌名: Astronomical Society of the Pacific Conference Series 巻: 430 ページ: 510-512
  • URL: http://aspbooks.org/custom/publications/paper/430-0510.html
• [雑誌論文] SPICA Coronagraph (2010)
  • 著者名/発表者名: Enya, K.; Kotani, T.; Nakagawa, T.; Kataza, H.; Komatsu, K.; Uchida, H.; Haze, K.; Higuchi, S.; Miyata, T.; Sako, S.; Nakamura, T.; Yamashita, T.; Narita, N.;(32人中14番目Tamura, M.; 15番目Nishikawa, J.)
  • 雑誌名: Astronomical Society of the Pacific Conference Series 巻: 430 ページ: 284-290
  • URL: http://aspbooks.org/custom/publications/paper/430-0284.html
• [雑誌論文] A coronagraph system with unbalanced nulling interferometer : progress of wavefront correction (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Nishikawa, K.Yokochi, N.Murakami, L.Abe, T.Kotani, M.Tamura, T.Kurokawa, A.V.Tavrov, M.Takeda, H.Murakami
  • 雑誌名: Proc.of SPIE 巻: 7731 ページ: 4O1-4O6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarization interferometric nulling coronagraph for high-contrast imaging (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Murakami, K.Yokochi, J.Nishikawa, M.Tamura, T.Kurokawa, M.Takeda, N.Baba
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 49 ページ: D106-D114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarization-interferometric eight-octant phase-mask coronagraph using ferroelectric liquid crystal for exoplanet detection (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Murakami, T.Inabe, T.Komatsu, J.Nishikawa, N.Hashimoto, M.Kurihara, N.Baba, M.Tamura
  • 雑誌名: Proc.of SPIE 巻: 7731 ページ: 4E1-4E6
  • 査読あり
• [雑誌論文] An eight-octant phase-mask coronagraph for the Subaru coronagraphic extreme AO (SCExAO) system : system design and expected performance (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Murakami, O.Guyon, F.Martinache, T.Matsuo, K.Yokochi, J.Nishikawa, M.Tamura, T.Kurokawa, N.Baba, F.Vogt, V.Garrel, T.Yoshikawa
  • 雑誌名: Proc.of SPIE 巻: 7735 ページ: 331-336
  • 査読あり
• [学会発表] 系外惑星直接観測のための干渉光学システム (2011)
  • 著者名/発表者名: 堀江正明、藤井紫麻美、西川淳
  • 学会等名: 日本天文学会2011年春季年会
  • 発表場所: つくば大学(茨城県)
  • 年月日: 2011-03-18
• [学会発表] 立体サニャック干渉計による白色光ナリング (2011)
  • 著者名/発表者名: 西村透、横地界斗、黒川隆志、西川淳、田村元秀、Alexandre Tavrov、武田光夫、村上浩
  • 学会等名: 日本天文学会2011年春季年会
  • 発表場所: つくば大学(茨城県)
  • 年月日: 2011-03-17
• [学会発表] 系外惑星直接観測のための干渉光学システム (2011)
  • 著者名/発表者名: 横地界斗, 黒川隆志, 西川淳
  • 学会等名: レーザ学会学術講演会第31回年次大会
  • 発表場所: 電気通信大学(東京都)
  • 年月日: 2011-01-10
• [学会発表] 非対称ナル干渉法と高コントラスト撮像法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西川淳,田村元秀,横地界斗,黒川隆志,村上尚史, ABE Lyu,小谷隆行,村上浩, TAVROV Alexander,武田光夫
  • 学会等名: 第11回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙航空開発研究機構/宇宙科学研究本部(神奈川県)
  • 年月日: 2011-01-06
• [学会発表] 太陽系外惑星直接観測のための干渉光学システム (2010)
  • 著者名/発表者名: 横地界斗,黒川隆志,西川淳
  • 学会等名: 第7回東京農工大学・電気通信大学合同シンポジウム
  • 発表場所: 電気通信大学(東京都)
  • 年月日: 2010-12-11
• [学会発表] SPICA coronagraph for the detection and characterization of exo-planets (2010)
  • 著者名/発表者名: Enya, Keigo ; Kotani, T.; Nakagawa, T.; Kataza, H.; Komatsu, K.; Uchida, H.; Haze, K.; Higuchi, S.; Miyata, T.; Sako, S.; Nakamura, T.; Yamashita, T.; Narita, N.; Tamura, M.; Nishikawa, J.; Hayano, H.; Oya, S.; Kokubo, E.; Itoh, Y.; Fukagawa, M.; Shibai, H.; Honda, M.; Okamoto, Y.; Baba, N.; Murakami, N.; Takami, M.; Matsuo, T.; Ida, S.; Abe, L.; Guyon, O.; Venet, M.; Yamamuro, T.; Bierden, P.
  • 学会等名: 38th COSPAR Scientific Assembly
  • 発表場所: Bremen (Germany)
  • 年月日: 2010-07-15
• [学会発表] SPICA Capability for Studying Transiting Exoplanets (2010)
  • 著者名/発表者名: Narita, Norio ; Yamashita, Takuya ; Enya, Keigo ; Kotani, T.; Nakagawa, T.; Kataza, H.; Komatsu, K.; Uchida, H.; Haze, K.; Higuchi, S.; Miyata, T.; Sako, S.; Nakamura, T.; amashita, T.; Narita, N.; Tamura, M.; Nishikawa, J.; Hayano, H.; Oya, S.; Kokubo, E.; Itoh, Y.; Fukagawa, M.; Shibai, H.; Honda, M.; Okamoto, Y.; Baba, N.; Murakami, N.; Takami, M.; Matsuo, T.; Ida, S.; Abe, L.; Guyon, O.; Venet, M.; Yamamuro, T.; Bierden, P.
  • 学会等名: 38th COSPAR Scientific Assembly
  • 発表場所: Bremen (Germany)
  • 年月日: 2010-07-15