ロケット実験CIBER-2による近赤外宇宙背景放射の強度とゆらぎ超過の起源解明

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21KK0054
• 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, 理学部, 教授 (10321572)
• 研究分担者: 津村 耕司 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (60579960) ; 佐野 圭 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (70802908) ; 高橋 葵 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, アストロバイオロジーセンター, 特任研究員 (70851848)
• 研究期間 (年度): 2021-10-07 – 2024-03-31
• キーワード: 宇宙背景放射 / 赤外線 / ロケット実験

研究実績の概要

我々は，NASAの観測ロケットを用いた国際共同実験CIBER: Cosmic Infrared Background Experiment により近赤外域の銀河系外背景放射を観測した結果，その強度と空間的ゆらぎが通常銀河の積算光から超過していることを発見した．この超過は未知天体の存在を示唆しており，宇宙初期の天体や近傍銀河のダークハロー浮遊星が起源の候補である．我々はCIBERより一桁高い感度で超過原因を特定しうる新たなロケット実験CIBER-2を計画し2021年6月に第１回の打上げ実験に成功した．
2022年度は，第1回実験において確認された観測装置に関する数々の課題を解決し第2回実験を実施した．第1回実験後から顕著になった望遠鏡の主副鏡の表面劣化は基材のアルミ合金上にコートした銀の劣化によるものと確認されたことから，主副鏡を再切削加工したのち，劣化が少ない銀合金を新たなコート材として施工した．フライト品へのコート施工に先立ち試作サンプルを用意し経時劣化を調べたところ，銀と比較して銀合金は劣化が少ないことを示した．日本で組立て調整した望遠鏡は，ロケット実験のとりまとめを行うロチェスター工科大学(RIT)へ輸送し，これを担当する日本チームが現地へ出向いてレンズ光学系や検出器と組合せ冷却光学試験を行った．様々な部品の遮光性能や検出器のノイズ性能を向上させ，すべての課題をクリアできたことから，第2回実験のためNASA Wallops Flight Facilityでの振動試験と総合動作試験を行ったのち，2023年3月にロケット打上げ基地のホワイトサンズ実験場へ移動し，当初の予定どおり第2回の打上げ準備を終えることができた．

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

第1回実験における主要な課題の一つには，アルミ合金製の望遠鏡主副鏡の表面に施工した銀のコートが劣化し光学性能を低下させており，これに対して鏡の再切削加工によるコート剥がしののち劣化が少ない銀合金のコートを新規に施工した．改修が終了した望遠鏡をロチェスター工科大学へ輸送し，開発を担当した日本チームが現地へ出向き，レンズ光学系の組込みを行ったのち，低温での光学性能評価を行うことができた．また，第1回実験で問題となったロケット筐体からの熱放射の混入は，問題となる箇所を特定することができたため遮光措置をとるとともに，性能を向上させた熱放射カットフィルターの導入により解決することができた．これにより，当初予定していたとおり，2023年の早期に第2回実験を行うという目標を達成することができた．ただし，新たに導入した銀合金のコートは，試作サンプルを作成する炉とフライト品の鏡にコートする炉で大きさが違い，同じ作成パラメータでも違う出来栄えになったことから，複数回の切削とコートの過程を踏まざるを得なくなり，これにより予定が２－３ヶ月遅延した．プロジェクトのスケジュールへの影響もあり打上げがやや遅延したが，おおむね予定通りと言える．

今後の研究の推進方策

前述のとおり、ホワイトサンズ実験場における第2回のロケット打上げ準備は2022年度内に終えることができたことから，打上げは2023年4月に実施する予定である．打上げ後は，観測装置を含むペイロード部をNASA Wallops Flight Facilityへ移送し，観測装置の健全性を確認する．その後，ロチェスター工科大学へ移送し，日本チームは現地メンバーと協力し装置の分解・検査を実施する．観測装置に破損がある場合は研究メンバーを米国へ配し観測装置の修復に全力を尽くす．第2回打上げの後は，より完成度の高い装置の状態で第3回実験を行うことを目指す．

次年度使用額が生じた理由

当初計画では第2回実験を2022年度内に実施する予定であったが，スケジュールがやや遅延したため実験の実施が2023年度にずれ込んだ．このため，当該実験にかかる費用が未使用となった．次年度に，第2回実験の打上げ実施を含む米国での実験のための出張旅費として使用する．

研究成果

• [国際共同研究] Rochester Institute of Technology/California Institute of Technology/University of California, Irvinne(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Rochester Institute of Technology/California Institute of Technology/University of California, Irvinne
• [国際共同研究] KASI(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: KASI
• [学会発表] CIB 観測ロケット実験 CIBER-2:第2回打上げ実験の準備状況 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松浦周二, 橋本遼, 松見知香, 河野有哉, 中川智矢, 中畑秀太, 佐野圭, 瀧本幸司, 津 村耕司, 高橋葵, 和田武彦, Michael Zemcov, James Bock, ほか CIBER-2 チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] The Cosmic Infrared Background ExpeRiment-2: First Flight Status Report (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Tramm, P. Bangale, J. Bock, Y.-T. Cheng, A. Cooray, R. Feder-Staehle, G. Heaton, Y. Kawano, A. Kida, P. Korngut, A. Lanz, D.H. Lee, S. Liu, S. Matsuura, C. Nguyen, K. Noda, M. Ortiz, W.-K. Park, K. Sano, K. Takimoto, K. Tsumura, and M. Zemcov
  • 学会等名: American Astronomical Society Meeting #240, id. 304.01.
  • 国際学会
• [学会発表] CIB 観測ロケット実験 CIBER-2:第2回打上げに向けた観測装置改修の現状 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松浦周二, 橋本遼, 河野有哉, 松見知香, 中川智矢, 長尾亜実, 野田千馬, 佐野圭, 瀧本幸司, 津村耕司, 高橋葵, 松本敏雄, 和田武彦, Michael Zemcov, James Bock, ほか CIBER-2 チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [備考] 関西学院大学 松浦研究室
  • URL: https://sci-tech.ksc.kwansei.ac.jp/~matsuura/
• [備考] 関西学院大学 理学部 物理・宇宙学科 研究プロジェクト
  • URL: https://www.kwansei.ac.jp/s_science/d_pa/research_project