東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

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東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト. 東京大学天文学教育センター TAO プロジェクトチーム. 計画の概要. “the University of Tokyo Atacama Observatory Project”. 平成24,25年度東京大学より文科省に概算要求 平成 26 年度についても概算要求予定. チャナントール山 標高 5640m チリ共和国・アタカマ 砂漠. 研究課題 2つ の究極の謎 「宇宙・銀河の起源」 と 「惑星の起源」 の 解明 大学教育 大学 固有の最先端望遠鏡による大学の強力な 教育拠点 形成 - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

東京大学アタカマ天文台プロジェクト

東京大学天文学教育センターTAO プロジェクトチーム

Page 2: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

研究課題  2つの究極の謎「宇宙・銀河の起源」と「惑星の起源」の解明大学教育  大学固有の最先端望遠鏡による大学の強力な教育拠点形成最新技術  口径 6.5m 赤外線望遠鏡と高性能観測装置で高精度データ取得観測環境  赤外観測世界最高条件の高度 5640m 地上観測最高地点に設置研究連携   ALMA 、すばるとの相補性、 TMT, SPICA との緊密な連携

計画の概要

チャナントール山標高 5640m

チリ共和国・アタカマ砂漠

“the University of Tokyo Atacama Observatory Project”

平成24,25年度東京大学より文科省に概算要求平成 26 年度についても概算要求予定

Page 3: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

総計 20 名 プロジェクト統括:吉井譲( P.I ) プロジェクトマネジメント:土居守 望遠鏡本体:峰崎岳夫、諸隈智貴、青木勉、越田 進太郎(カトリカ大学)

 さらに、京都大学、名古屋大学と連携へ 観測装置

近赤外線観測装置:本原顕太郎、田中培生、小西真広、高橋英則、加藤夏子

中間赤外線観測装置:宮田 隆志、酒向重行、上塚貴史、樽沢賢一 サイト整備

チリ関係・他プロジェクト折衝:土居守、川良公明 インフラ整備:河野孝太郎、田村陽一、田辺俊彦、征矢野隆夫

また、現在運用中の miniTAO 1m 望遠鏡観測では東大天文教室、国立天文台、宇宙研、多数の大学と連携。

実行グループ

Page 4: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

(1)学術的評価

Page 5: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

チリ共和国北部、チャナントール山山頂 ( 標高 5640m)

世界でもトップクラスの赤外線観測環境 高い晴天率( 82% ) 良好なシーイング (0.69” @ V-band) 低い可降水量 (PWV:0.85mm median)

サイト

Page 6: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

最高の赤外線観測条件

continuous windows in the NIR New windows at 30 um

パイロット望遠鏡である miniTAO 1m でこれら観測条件は実証済み

Page 7: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

パイロット望遠鏡 1m リッチークレチアン光学系 2つの観測装置

near-infrared camera ANIR mid-infrared camera MAX38

2009 年春に設置 2009 年 6月より科学観測運用実施

パイロット望遠鏡 miniTAO1m

Page 8: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

近赤外線 良好なシーイング環境 (0.8”median) 1.8751m Paが安定した観測が可能 現時点で唯一 Pa 観測が可能な facility

中間赤外線 20m で安定した観測が可能 31m, 37m の窓が開いていることを明らかに

科学的成果• 査読論文: 2編出版済み、 1編投稿済、 4編準

備中• 学位論文:博士論文 1編、修士論文 5編• 国際学会集録: 25編

近赤外・中間赤外ともに高い観測性能

Galactic Center @ Paα

G333.6-0.2 @ 37um

Mon R2   @31um

Page 9: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

世界最高性能の赤外線望遠鏡を目指す

 最終 F値をすばると合わせ、観測装置 の相互利用が可能

6.5m 望遠鏡

Telescope type : Cassegrain / Ritchey-ChretienPrimary diameter : 6,500 mmFinal focal ratio : 12.2Foci : Cassegrain + 2 NasmythField of view : φ25 arcmin

Page 10: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

第1期装置:2009年度補正予算で措置済、製作中 近赤外線広視野多天体分光カメラ : SWIMS

0.9-2.5m 視野 9.6’Φ 最大50天体の多天体分光 全波長帯に渡る R=1000 の同時分光が可能

中間赤外線撮像分光カメラ : MIMIZUKU 2-38m 「フィールドスタッカ」により、離れた二視野の同時観測⇒高精度の相対測光

30m帯で 1” の空間分解能

第2期観測装置:他大学・機関との共同開発も検討中 U-band撮像分光装置 系外惑星探査装置 AO副鏡

観測装置

Page 11: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

TAO プロジェクト時間 50%

全国共同利用観測時間

40%

チリ時間 10%

50%を TAO プロジェクト枠として大型観測計画に割り当て

10% はチリ時間 40%を大学共同利用時間

国立天文台と共通のプログラム委員会の設置を検討 TAO プロジェクト枠をふくめ、全国の大学院生の学位のための観測を優先

観測時間利用計画

• 若手にも観測の機会を提供• すばるだけでは捌き切れな

い広いニーズの受け皿に

Page 12: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

銀河の形成と進化を探る「 z~2 銀河の近赤外線分光サーベイ」銀河形成のハイライトである Z=1-3 の時代を近赤外線撮像・分光観測サーベイで探る Metallicity 進化 Cold Stream の初検出 銀河形態の発現と進化

TAO の豊富な観測時間と           広い大気の窓の活用

科学的目的(1)

Little transmittance at TAO

Little transmittance at VLT

Page 13: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

銀河の形成と進化を探る

「 Paα輝線で近傍宇宙の隠された星形成を探る」 近傍銀河の Paα撮像・分光 銀河内部の星形成に至る機構の解明ALMA などの電波観測との連携

Paα での安定した観測   TAO のみが JWST並の感度を達成可能

科学的目的(1)

miniTAO による近傍衝突銀河のKennicutt-Schimidt 則(Komugi et al. 2012)

Page 14: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

星惑星系の形成と進化を探る「 30μm帯高解像度観測によるダスト円盤の研究」   原始惑星円盤(残骸)のダスト分布の詳細観測    Kuiper Belt領域を含む円盤構造

  >25μm の赤外線で 1秒角の解像度        TAO のみが達成可能

科学的目的(2)

Page 15: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

星惑星系の形成と進化を探る「中間赤外線時間変動による Giant Impact の検出」   岩石惑星形成のカギを握る巨大惑星同士の衝突現象   円盤からのダスト放射の変光として検出可能

時間変動現象の追及  豊富な観測時間+良好な観測条件    +フィールドスタッカユニット        TAO のみが達成可能

科学的目的(2)

2009 年から 2010 年の1年間で、中間赤外線での明るさが 1/10 に

TYC 8241 2652 1

Page 16: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

2012 年第 2版発行 多彩なサイエンスをカバー

プロジェクトブック(第 2版)

第 2 章 目指す天文学 2.1 銀河の起源と進化  2.1.1 銀河の質量獲得メカニズムの解明   2.1.2 近赤外線多色広視野撮像で探る銀河の進化  2.1.3 多天体分光サーベイで探る z ∼ 2 銀河の星形成史  2.1.4 遠方赤外線銀河のダスト放射物理の解明

  2.1.5 サブミリ波銀河と隠された星形成史   2.1.6 Paα で探る近傍宇宙の星形成パノラマ 2.2 活動銀河核 , 超新星 , 宇宙論

  2.2.1 TAO で探る超巨大質量ブラックホール進化

  2.2.2 Fe ii/Mg ii 輝線強度比の測定による第一世代星形成時期の推定   2.2.3 ダストに埋もれた活動銀河核の探査

  2.2.4 変光現象で探る活動銀河核の構造と進化

  2.2.5 近赤外超新星サーベイ  2.2.6 近傍超新星の測光・分光観測  2.2.7 Ia 型超新星による宇宙膨張測定   2.2.8 活動銀河核の変光観測による宇宙膨張測定  2.2.9 その他の宇宙論的な観測

2.3 系外惑星・星惑星系形成   2.3.1 トランジット観測による系外惑星の性質解明  2.3.2 トランジット周期変動 (TTV)

  2.3.3 小・中質量星の星惑星形成

  2.3.4 大質量星の星惑星形成 2.4 星と星間物質  2.4.1 星間ダストの供給問題   2.4.2 大質量星の進化とダスト形成   2.4.3 中小質量星の進化とダスト形成   2.4.4 分子雲におけるダスト形成 2.5 太陽系内天体  2.5.1 金星 :  2.5.2 木星   2.5.3 彗星   2.5.4 小惑星

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(2)緊急性

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現代天文学においては多波長観測が大前提 あかり、 ALMA 、 ASTRO-H 、 SPICA などの観測をフォロー・アップする必要

米欧はチリ国内で7台の 6-10m 望遠鏡を運用 すばるは北半球にあるため、天域をカバーしきれない

日本コミュニティの大型望遠鏡の観測時間不足 すばる望遠鏡は慢性的に高倍率 更に、サーベイ観測に注力しつつある 萌芽的研究、若手研究者の育成の受け皿として限界になっている

若手の育成 大学院生・若手研究者が望遠鏡プロジェクトに参加する機会はすくない TMT など次世代大型プロジェクトを担える人材の育成が急務

日本の観測天文学の空白を埋める

TAO はこれら問題の受け皿となる

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2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022

他プロジェクトのスケジュールとの関係

ALMA 本格運用

建設フェーズ 科学観測

開発・製作フェーズ科学観測

↑HSC

↑PFS

↑広視野

補償光学

※2014からの予算措置を仮定建設フェーズ

科学観測TAO

Subaru

TMT

SPICA

他のプロジェクトとのシナジーを考えると、早急な開始が望ま

れる。

Page 20: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

(3)各分野での検討

Page 21: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

声明など 「大学における光赤外線観測天文学の研究基盤の強化について」日本学術会議天文学研究連絡委員会特別議事録( 2003/4 )

「 TAO 計画について」日本学術会議天文学研究連絡委員委員長談話( 2003/9 )

「基幹大学を核とした望遠鏡計画の推進」光学赤外線天文連絡会運営委員会声明 (2005/1)

「大学における光赤外線観測天文学の推進について」日本学術会議天文学研究連絡委員会特別議事録( 2005/5 )

「大学における研究教育基盤の整備」光学赤外線天文連絡会運営委員会声明 (2012/6)

コミュニティとの検討 光赤天連総会 ( 年 2回 ) 、光赤天連シンポジウムでの定常的な進捗報告 TAO 近赤外線観測装置ワークショップ開催 (2009/9) TAO 近赤外線観測装置ワークショップ開催 (2009/7)

コミュニティ内でのプロジェクトの位置付け

Page 22: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

ISAS/JAXA: • 赤外線装置技術の開発においての協定 (2007/11)

京都大学、名古屋大学• 6.5m主鏡支持の技術開発協力

広島大学、北海道大学• 可視・赤外線検出器の駆動エレクトロニクス開発提携• 大学院生の短期受け入れによる装置開発協力

国立天文台 , ISAS/JAXA, 東北大学、神戸大学、広島大学• miniTAO 望遠鏡を用いた共同観測• これまでのべ18名が観測に参加

国立天文台• miniTAO の近赤外線カメラ検出器の貸与• MIMIZUKU の近赤外線チャンネル用近赤外線アレイ検出器の貸与• SWIMS 用面分光装置の共同開発

光赤外大学間連携• miniTAO による突発天体のフォローアップ観測

他大学・研究機関との連携

Page 23: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

ALMA 近接したサイト、現地での密接な協力 同じ天域をカバーし、フォローアップや天体提供 米欧に対抗するためには必須

すばる 広視野サーベイ望遠鏡に特化しつつある⇒ 減少する共同利用観測時間を補う⇒ サーベイのフォローアップ観測を担う

萌芽的、試験的な観測は難しい 南天の重要な天体の多くをカバーできない⇒TAO との良い相補性

現在の大型計画との関連・相補性

Page 24: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

TMT, SPICA広域サーベイ観測による、 TMT,SPICA への天体の提供

TMT, SPICA へ向けた先端技術の実証試験の場 新規技術のテストベッド これまでにも冷却チョッピング、

メタルメッシュフィルタ、モスアイ反射防止構造などの技術開発

望遠鏡、観測装置、基礎技術開発 ⇒ TMT, SPICA の開発を担う人材育成

次世代大型計画との関連・相補性

Page 25: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

(4)予算計画など

Page 26: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

サイトと支援施設1998 年:現地サイト調査開始2006 年:山頂アクセス道路建設 2009 年: miniTAO 1m 望遠鏡設置、観測開始(先述)

• 観測条件の実証• チリ、標高 5640m での望遠鏡運用の経験

2012 年:山麓施設(サンペドロ・デ・アタカマ)     着工予定

これまでの準備状況(1)

Cloud MonitorWind + Solar GeneratorSolar Paner #2

Seeing Monitor

Page 27: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

第一期観測装置開発(先述) 2013-14 年度にすばる望遠鏡に PI 装置

として持ち込み初期科学観測を予定 チリ共和国政府、サンペドロ・デ・アタカマ市との友好関係の構築 2010 年 7月に miniTAO完成記念式典

(チリ科学技術省、外務省、在チリ日本大使館関係者出席)

2012 年 3月にピニェラ大統領来日 日智首脳会談で TAO 計画に言及 東大にて大統領講演会開催

2012 年 9月にサンペドロ・デ・アタカマ市長来日 サンペドロ・デ・アタカマにコニカミノルタがプラネタリウムを寄附

これまでの準備状況(2)

2010 年 7月にチリ・サンチャゴで行われた miniTAO完成

記念式典

2012 年 3月東京大学で講演するチリ大統領

Page 28: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

建設スケジュール

作業期間(年

1年度

(2014)

2年度

(2015)

3年度

(2016)

4年度

(2017)

5年度

(2018)

6年度

(2019)

詳細設計・解析主鏡他光学系  主鏡製造  主鏡研磨架台  構造物製作  輸送  現地組上ドーム 構造物製作 輸送 現地組上光学系取り付け・調整サイト整備現地補助施設建設総合試験・試験観測

1.05.02.52.04.03.00.50.84.02.50.50.50.52.02.50.5

Page 29: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

運営は東京大学が中心となって行う 経費をかけず、それなりに安定した運用を目指す

運用体制

助教・技術系

特任・ PD 研究員

事務官

チリ雇用

教授・准教授

大学院生

三鷹

台長 /副台長 (チリ滞在0~1名)サイトマネージャー (チリ滞在1名)

秘書、ドライバー、守衛  (各1名)

チリ

オペレータ  (4名)

サポートサイエンティスト  (チリ滞在2名)

台長 /副台長 (2名、うち0~1名はチリ)

事務官 (1名)

秘書 (1名)

望遠鏡・装置ソフトサポート (4名)

デイクルー (6名)昼作業

サポートサイエンティスト (4名、うち2名はチリ)

サイトマネージャー (3名、うち1名はチリ)

必要に応じて滞在最大 2ヶ月 /人

2ヶ月毎に交代年間 2回 /人

2ヶ月毎に交代年間 3回 /人

※ 院生は教育上必要な範囲で参加

※ 院生は教育上必要な範囲で参加

直接運用には関わらず教育上必要な範囲で参加

Page 30: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

(5)人材育成・基盤整備など

Page 31: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

現代天文学:観測機器の技術的発展の上に成立している 開発の人材育成には長い時間と経験が必要⇒TMTや SPICA のような大型計画の成功には長期的視点に立った人材育成を

観測装置の大型化、プロジェクトの長期化⇒大型プロジェクトでの人材育成、とくに大学院生教育は困難⇒小型プロジェクトでは規模が違いすぎ、大型計画を担う人材育成には十分ではない

先端的な観測や技術開発を行いつつも、若手や大学院生がそこで中心的役割を担うことができる中規模プロジェクトが必要

TAO はこれら条件に合致する 若手後進の育成は大学教育の使命 開発・運営に興味を持つ他大学・機関の研究者・大学院生の参加を歓迎

開発系の人材育成

Page 32: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

すばる望遠鏡 日本の主力施設 観測時間は常に不足している 今後広視野撮像・分光サーベイに注力⇒更に状況は悪化する

TMT 観測時間は多くなく解決とはならない

大学によるより柔軟な運用を目指す 世界に口径 6.5m以上の望遠鏡は 16 台 米国では大型望遠鏡の8割が大学による運用 マンパワーやコスト面での工夫が可能

日本の光赤外線観測の基盤整備

Page 33: 東京 大学アタカマ天文台 プロジェクト

東京大学天文学教育センターが中心となり、南米アタカマ・チャナントール山 (5640m) に光赤外線望遠鏡を建設

非常に良好なサイト環境 特に、これまで地上から不可能だった波長域の観測が可能となる 天気、シーイング

目指すサイエンス 銀河形成進化 系外惑星形成 ALMA との連携など、日本のアクセスが殆ど無い南天観測

準備状況 1m 望遠鏡運用の実績 チリ政府、現地自治体との良好な関係 観測装置の予算

大学望遠鏡としての役割 観測時間の 40%を全国共同利用 すばるで賄い切れない観測需要の引受 若手(特に開発系)の人材育成

まとめ