高コントラスト撮像装置による恒星極近傍の系外惑星の直接探査

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23340051
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: GUYON Olivier 国立天文台, ハワイ観測所, RCUH職員 (90399288)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 太陽系外惑星 / 星形成 / コロナグラフ / 補償光学

研究概要

本研究は、恒星に近接する系外惑星及び円盤構造の直接撮像を可能にする技術の確立を目標としている。視線速度法等の間接的な手法では惑星の存在がすでに確認されているが、恒星のごく近傍の領域(1～10天文単位)の「直接撮像」は、既存観測装置では未だ手が届いていない。この極近傍領域の観測は太陽系のハビタブルゾーンにおける惑星の形成と進化を理解する鍵となる重要なテーマであるため、新観測装置「Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO) 」を開発し、すばる望遠鏡に搭載することで本研究を進め、次の成果をあげている。
２０１２年度は、すばる望遠鏡と赤外線カメラHiCIAOを組合せ、初めて本観測と同仕様での実観測を行い、SCExAOにおける3つの根幹となる技術の同時運用に成功した。
１、PIAAコロナグラフと呼ばれる「位相を調節することで、明るい中心星の光が外側へもれ出すのを防ぐ技術」の実証に成功。これは明るい中心星の極近傍の惑星を分解するのに重要な手法である。
２、リアルタイムで光学系内部のtip-tiltエラーを補正し、観測時における星像のブレを抑制する「コロナグラフ低次波面センサー」の有効性を実観測で確認できた。
３、 望遠鏡を通した際に生じる回折パターンをリアルタイムで測定し、焦点面における星像の光学的残差を補正する新技術の実証に成功した。
なお、上記3点に関する成果は、2012年10月に受理されたVincent Garrel氏の博士論文(題名: visible light imaging with SCExAO)と2012年12月に受理されたCelia Blain氏の博士論文(題名: modeling of MEMS deformable mirror for SCExAO)として、報告されている。

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

現在までの進行状況は大まかには以下のとおり。
- すばる望遠鏡とSCExAOを実際に組合せ、4つのうち3点(コロナグラフ性能、星像安定性能、回折限界像の測定とその補正)の基幹となる技術検証を科学観測と同じ条件で行い成功した。
- 2月15日にハワイ観測所にて試験結果報告を行い、すばる望遠鏡科学運用装置として承認を得た。
- 4番目の基幹技術である可視光での高感度高速波面センシングも順調に進行中である。

今後の研究の推進方策

次の年度の計画は以下のとおり。
(1) 可視光における高次波面センシング＋コントロールを可能にする。
(2) 近赤外線で星像のストレール比90%を目指す。
(3) 高速度波面コントロールを可能にし、他のSCExAOハードウェアと組み合わせて運用する。
この3つの技術の確立をPhase2と位置づけ、完成と安定した科学運用を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Compatibility of a Diffractive Pupil and Coronagraphic Imaging (2013)
  • 著者名/発表者名: Bendek, Eduardo; Belikov, Ruslan; Pluzhnik, Eugene; Guyon, Olivier
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of the Pacific 巻: Vol 125 ページ: 204-212
  • DOI: 10.1086/669824
  • 査読あり
• [雑誌論文] Speckle Control with a Remapped-Pupil PIAA Coronagraph (2012)
  • 著者名/発表者名: Martinache, Frantz; Guyon, Olivier; Clergeon, Christophe; Blain, Celia
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of the Pacific 巻: Volume124, issue922 ページ: 1288-1294
• [雑誌論文] A Highly Efficient Lucky Imaging Algorithm: Image Synthesis Based on Fourier Amplitude Selection (2012)
  • 著者名/発表者名: Garrel, Vincent; Guyon, Olivier; Baudoz, Pierre
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of the Pacific 巻: Vol 124 ページ: 861-867
  • DOI: 1086/667399
  • 査読あり
• [雑誌論文] Can Ground-based Telescopes Detect the Oxygen 1.27 μm Absorption Feature as a Biomarker in Exoplanets? (2012)
  • 著者名/発表者名: Kawahara, Hajime; Matsuo, Taro; Takami, Michihiro; Fujii, Yuka; Kotani, Takayuki; Murakami, Naoshi; Tamura, Motohide; Guyon, Olivier
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: Vol 758 ページ: 1-11
  • DOI: 0.1088/0004-637X/758/1/13
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Subaru coronagraphic extreme AO project: first observations (2012)
  • 著者名/発表者名: Martinache, Frantz; Guyon, Olivier; Clergeon, Christophe; Garrel, Vincent; Blain, Celia
  • 雑誌名: Adaptive Optics Systems III. Proceedings of the SPIE 巻: Vol 8847 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1117/12.927223
• [雑誌論文] Fully optimized shaped pupils: preparation for a test at the Subaru Telescope (2012)
  • 著者名/発表者名: Alexis; Kasdin, N. Jeremy; Martinache, Frantz; Vanderbei, Robert J.; Young, Elizabeth J.; Che, George; Groff, Tyler D.; Guyon, Olivier
  • 雑誌名: Ground-based and Airborne Instrumentation for Astronomy IV. Proceedings of the SPIE 巻: Vol 8446 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1117/12.927129
• [雑誌論文] Phase induced amplitude apodization (PIAA) coronagraphy: recent results and future prospects (2012)
  • 著者名/発表者名: Guyon, Olivier; Kern, Brian; Belikov, Ruslan; Shaklan, Stuart; Kuhnert, Andreas; Give'on, Amir; Martinache, Frantz
  • 雑誌名: Space Telescopes and Instrumentation 2012: Optical, Infrared, and Millimeter Wave. Proceedings of the SPIE 巻: Vol 124 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1117/12.927187
• [雑誌論文] Open-loop control of SCExAO's MEMS deformable mirror using the Fast Iterative Algorithm: speckle control performances (2012)
  • 著者名/発表者名: Blain, Celia; Guyon, Olivier; Martinache, Frantz; Bradley, Colin; Clergeon, Christophe
  • 雑誌名: Adaptive Optics Systems III. Proceedings of the SPIE 巻: Vol 8447 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1117/12.926401
• [雑誌論文] How ELTs will acquire the first spectra of rocky habitable planets (2012)
  • 著者名/発表者名: Guyon, Olivier; Martinache, Frantz; Cady, Eric J.; Belikov, Ruslan; Balasubramanian, Kunjithapatham; Wilson, Daniel; Clergeon, Christophe S.; Mateen, Mala
  • 雑誌名: Adaptive Optics Systems III. Proceedings of the SPIE 巻: Vol 8447 ページ: Vol 8447
  • DOI: 10.1117/12.927181
• [学会発表] The Subaru Coronagraphic Extreme AO Project: Progress and Upgrades (2013)
  • 著者名/発表者名: ovanovic, Nemanja; Martinache, F.; Guyon, O.; Clergeon, C.; Garrel, V.
  • 学会等名: American Astronomical Society, AAS Meeting #221
  • 発表場所: Long Beach Convention and Entertainment Center (USA)
  • 年月日: 20130106-20130110
• [学会発表] The Subaru Coronagraphic Extreme AO High Speed and High Sensitivity Wavefront Sensors (2013)
  • 著者名/発表者名: Clergeon, Christophe; Guyon, O.; Martinache, F.; Veran, J.; Correia, C.; Garrel, V.; Jovanovic, N.
  • 学会等名: American Astronomical Society, AAS Meeting #221
  • 発表場所: Long Beach Convention and Entertainment Center (USA)
  • 年月日: 20130106-20130110
• [学会発表] How Extremely Large Telescopes (ELTs) will Acquire the First Spectra of Rocky Habitable Planets (2013)
  • 著者名/発表者名: Guyon, Olivier; Martinache, F.
  • 学会等名: American Astronomical Society, AAS Meeting #221
  • 発表場所: Long Beach Convention and Entertainment Center (USA)
  • 年月日: 20130106-20130110
• [学会発表] New optical tricks to answer an old question: Are we alone ?
  • 著者名/発表者名: Olivier Guyon
  • 学会等名: Optics/industry workshop
  • 発表場所: University of Arizona (USA)
  • 招待講演
• [学会発表] Direct Imaging of Habitable Planets with Extremely Large Telescopes
  • 著者名/発表者名: Olivier Guyon
  • 学会等名: Astronomy Colloquium at UCLA
  • 発表場所: University of California Los Angeles (USA)
  • 招待講演
• [学会発表] Astronomy outreach, amateur astronomy and exoplanet research
  • 著者名/発表者名: Olivier Guyon
  • 学会等名: Mauna Kea Visitor Station Volunteers Appreciation Banquet
  • 発表場所: Mauna Kea Visitor Center (USA)
  • 招待講演
• [学会発表] Anybody out there ? Optical tricks to look for life around nearby stars
  • 著者名/発表者名: Olivier Guyon
  • 学会等名: Caltech Exolab Distinguished Visitor Program
  • 発表場所: California Institute of Technology (USA)
  • 招待講演
• [備考] Frantz Maratinache Home Page
  • URL: http://www.frantzmartinache.com/subaru/02projects/01scexao/01scexao.html
• [備考] Boston Micromachines Home Page
  • URL: http://www.bostonmicromachines.com/news_press_subaru.htm
• [備考] MacArthur Award Home Page
  • URL: http://www.macfound.org/fellows/866/