ガンマ線バースト観測の将来計画GUNDAM PATHFINDER

米徳大輔、村上敏夫 （金沢大学）

GCOE 「ガンマ線バーストによるダークな宇宙の観測に向けたワークショップ」 (2010/08/26-27)

その他の将来計画について 　

GRB Cosmology ProjectGUNDAM Project

z = 10z = 0

z = 20z = 1089

宇宙の誕生と進化

赤方偏移 z > 10 の頃は、■ 第一世代星の誕生■ 宇宙再電離■ 重元素合成■ 最初のブラックホールが誕生

GRB で狙う領域これまでの

観測成果

宇宙の基盤が作られた重要な時期だが、未だ観測されていない

ダークエネルギーの性質を知るにはΩΛ の時間変化が重要

将来の Type Ia SNe 観測でもz ～ 2 程度までと考えられる。

ΩΛ の時間変化を扱えるのは、GRB が唯一のツール

ダークエネルギーIa 型超新星

筒井さんの講演

観測帯域：　　 30 – 950 GHz空間分解能： 0.01 5 秒角 (AO)視野　　　　　： 15 分角程度

観測帯域：　　 30 – 950 GHz空間分解能： 0.01 – 0.1 秒角視野　　　　　： 20 秒角程度

望遠鏡　 ： 3.5m観測帯域： 5 – 200 μm視野　　　 ： 4 分角程度

望遠鏡　 ： 6.5m観測帯域： 0.6 – 27 μm視野　　　 ： 4 分角程度

JWST (2014)

SPICA ( ～ 2020)

TMT ( ～ 2020) ALMA (2012)

諸外国の GRB 計画

SVOM

ÉCLAIR4 – 250 keV80 x 80 CdTe (1024 cm2)10 arcmin の方向決定

GRM 　 2 台50 keV – 5 MeV280cm2NaI/CsI phoswitch

XIAO (X-ray telescope)0.5 – 2.0 keV

VT40cm 程度 ?21’ x 21’ (2k x 2k CCD)23 Mv (300sec exposure)

地上にも広視野望遠鏡を配置 (8000 deg2)

2013 - 2014

JANUS

NIRT50cm 可視光／近赤外線望遠鏡0.36deg2140--150K MCT detector, room mirrorJ = 20mag (Vega) with R=14 (4sigma)

XCAT1 ～ 20 keV4str の視野 (10cm2 for 4str/10)コーデッドマスク＋ CMOS センサー

Phase-A セレクション： June, 2011Mission セレクション： June, 2012(2016 年打ち上げ目標 )

High Energy Spectrometer学生が主体となった開発～ 5MeV のスペクトル測定( Fermi-GBM に類似 )

0.1 – 10 keV

0.3 – 0.52 μm0.52 – 0.9 μm0.9 – 1.38 μm1.38 – 2.2 μm

300 秒後に0.3” x 4” slit 分光R=3000: AB < 19mag (2ksec)R=30: AB = 22mag (300sec)

1.1m 望遠鏡 4’x4’ の視野

4.5m2

5 – 600 keV0.6mm CZT90°x 70° 視野2.4’ の分解能20” の方向決定

100 秒後に SXI で観測2” 以内の方向決定

EXIST6 トン , 2.8kW

NASADecadal Survey 2010

1. WFIRST近赤外線広視野サーベイ

2. Explorer Program中小型衛星計画MIDEX 2 機、 SMEX 2 機、4 機の Missions of OpportunityJANUS は今年 12 月に提案来年 6 月に採択の可否 ( 予定 )

3. LISAスペース重力波アンテナ

4. IXO超大型 X 線天文台

EXIST は選ばれなかった

WFIRST

■ ダークエネルギー BAO, Type Ia SNe, Weak Lensing■ 系外惑星 マイクロレンズ効果■ 広視野近赤外線サーベイ 遠方銀河の検出

これら３種類の計画を統合したミッション。デザインは JDEM-Omega を採用。 2013 年開始、 2020 年打ち上げ。

1.5m 望遠鏡 , 144Mpix HgCdTe,回折限界 0.2”, L2 ポイント

日本の WISH 計画と非常に良く似ている。

GUNDAMGamma-ray burst for UNravelling Dark Ages Mission

PATHFINDER米徳大輔 , 村上敏夫 ( 金沢大学 ), 谷森達 , 黒澤俊介 ( 京都大学 ),沖田博文 ( 東北大学 ), 郡司修一 ( 山形大学 ),筒井亮 , 中村卓史 , 井上進 ( 京都大学 ), 戸谷友則 ( 京都大学 )高橋慶太郎 ( 名古屋大学 ),井岡邦仁 , 水田晃 , 川中宣太 (KEK)中島正裕 ( 東京大学 ),松浦周二 , 坂井真一郎 (ISAS/JAXA)

小型科学衛星シリーズ(3号機は ～ 2016 年打ち上げ )

■ バス 200kg + ミッション 200kg

■ 95cm x 95cm プラットホーム

1号機： SPRINT-A (惑星光学観測 )2号機： ERG (ジオスペース探査 )3号機： これから

ワーキンググループの登録

GUNDAM – PATHFINDER ・ GRB 検出器 + 45cm 可視光／近赤外線望遠鏡・ サブ MeV ～ MeV 帯域のガンマ線全天サーベイ

電子追跡型コンプトンカメラ80cm x 40cm

X 線コーデッドマスク検出器(オプション )

45cm 望遠鏡 可視光 400 – 1000 nm 近赤外線 1.0 – 1.7μm

95 cm

95 c

m電子追跡型

コンプトンカメラ40 c

m

80 cm

～ 45cm 望遠鏡 可視／近赤外カメラ

OPT ： 0.5 – 1.0 μm (Low-R Grism)NIR ： 1.0 – 1.7 μm

(z = 3.1 – 7.2)

(z = 7.2 – 13.0)

Ｘ線コーデッドマスクイメージング検出器 (オプション )

（もしくはコーデッドマスク検出器）

α

400mm

MAPMT orAPD or MPPC

CdTe array

Pb or W Coded mask

Trigger &Spectrometer

電子追跡型コンプトンカメラ100keV ～ 10MeV 程度の帯域GRB の方向決定、イメージ＆レートトリガー 　外周のシンチレータでスペクトル測定

( 谷森さん、黒澤さんの講演 ( このあと )

コーデッドマスク＋半導体アレイ数 keV ～ 100keV 程度の帯域光子が多いのでトリガーには有利か？他にガンマ線スペクトロメータが必要

Ray from Telescope

NIR Camera(0.8 – 1.7 um)Optical – Long λ

Optical – Short λ

宇宙研屋上望遠鏡

近赤外線カメラ＋

可視光 CCD 2 台

南極 2m 望遠鏡を製作している沖田さん ( 東北大、市川研 ) らの技術と経験

黄道光

副鏡 スパイダー

主鏡

沖田さん講演 (明日： 2010/08/27)

口径 45cm, HgCdTe 2k x 2k, 0.5arcsec/pixel ( 視野 17’ x 17’)2μm 程度までなら望遠鏡の冷却は必要ないだろう

観測帯域

OPT : 0.5 – 1.0 μmNIR1: 1.0 – 1.5 μmNIR2: 1.5 – 2.2 μm

沖田さん講演 (明日： 2010/08/27)

10 分露光で 22 等級 (AB) = 21 等級 (Vega)

過去に近赤外線で観測された GRB イベント

　　 Time [Day] 　　

Mag

nitu

de (V

ega)

Spitzer 3.6um

GRONDUpper limitJ,H,K

GROND2.2m : J,H,K

GeminiJ, H

UKIRTK

Okayama1.88m : J

Time [Day]

Mag

nitu

de (V

ega)

J-band

H-band K-band

z = 7 ～ 8 程度の予想等級

090423(z = 8.3)

3 時間

23

15 分

21

2011 年 6 月JANUS は採択されたか？

まとめ と 提案

NO YES

すぐに小型衛星計画GUNDAM PATHFINDER ワーキンググループを立ち上げる。小型 3号機または 4 号機で、

世界に先駆けてGRB + 赤外線望遠鏡を実現

JANUS は2016 ～ 17 年

とにかく小型衛星計画GUNDAM PATHFINDER ワーキンググループを立ち上げる。JANUS の頃にはTMT も SPICA も未完成。2020 年頃の実現を目指す

■ GRB による赤方偏移 z>10 への挑戦 ■ MeV ガンマ線全天探査

■ 地上大型望遠鏡との連携で宇宙再電離の観測 ■ GRB 宇宙論の高精度化とダークエネルギーの時間変化の測定