可視赤外線同時カメラ HONIR: Hiroshima Optical and Near-InfraRed Camera 直線偏光観測機能の導入と性能評価 広島大学 宇宙科学センター秋田谷洋 森谷友由希, 宇井崇紘, 浦野剛志, 川端弘治, 伊藤亮介, 神田優花, 高木勝俊, 大杉節, 吉田道利 (

可視赤外線同時カメラ

HONIR:

直線偏光観測機能の導入と性能評価

広島大学・宇宙科学センター 秋田谷 洋

森谷 友由希, 宇井 崇紘, 浦野 剛志, 川端 弘治, 伊藤 亮介, 神田 優花, 高木 勝俊,

大杉 節, 吉田 道利 (広島大学), 中島 亜紗美 (名古屋市科学館),

山下 卓也, 中屋 秀彦 (国立天文台)

Hiroshima Optical and

Near-InfraRed Camera

Contents

1.

可視赤外線同時カメラＨＯＮＩＲ

2.

偏光観測機能の導入



偏光光学素子

3.

偏光観測性能評価(偏光撮像)



器械変更、消偏光



初期観測成果

4.

まとめ

1. 可視赤外線同時カメラ

ＨＯＮＩＲ

可視赤外線同時カメラ: HONIR



広島大学1.5mかなた望遠鏡

カセグレン焦点



波長帯 : 0.5-2.4μm



可視・近赤外線2色同時観測



撮像:



10’ x 10’



0.3”/pix



2011/11-

分光:



R~800(最大)



2013/1-(=Hiroshima Optical and Near-InfraRed camera； おにーる)

可視

J

H

可視赤外線同時カメラ: HONIR



直線偏光撮像・分光



目標精度Δp<0.1%



2014/1-(本報告)

かなた望遠鏡での偏光観測



変動天体(ブレー

ザー、X線連星、

GRB、YSOsなど)の

可視・近赤外線偏光

モニター観測

で大き

な成果

γ線 (Fermi)

可視偏光度(かなた)

偏光方位角(かなた)

Abdo+ (2010), Nature

3C279

かなた望遠鏡での偏光観測



HONIR :

可視・近赤外

線、

偏光撮像・偏光分光

、

高精度

_{偏光測定(}

_{Δp<0.1 %}

₎

TRISPEC

HOWPol

可視・近赤外線3バンド同時

偏光撮像・偏光分光

2011年 運用終了

ナスミス焦点偏光器

可視偏光撮像

のみ

Δp > 0.2-0.3 %

直線偏光測定の原理

★

偏光回転

半波長板

(回転可能;

ψ=0. 22.5,

45, 67.5°)

偏光変換

(入射光の

偏光方位角を

回転)

視野マスク

_視野分割

(I

₀

, I

₉₀

)× 4 半波長板方位角

= 8 画像 or スペクトル

→

直線偏光Stokes parameters (Q/I, U/I)

or

(偏光度 p, 偏光方位角 θ)

偏光撮像

★

スリット

I

₀

(λ) I

90

(λ)

偏光回転

グリズム

λ

偏光分光

I

₀

(α,δ) I

₉₀

(α,δ)

偏光ビーム

スプリッタ

偏光分離

HONIRの構成

天体光

未導入

可視(浜ホト 2K2KCCD)

近赤外1

(Raytheon

VIRGO 2Kx2K)

ダイクロイック

ミラー

焦点マスク・

スリット

フィルター・グリズム

HONIRの構成

天体光

未導入

可視(浜ホト 2K2KCCD)

近赤外1

(Raytheon

VIRGO 2Kx2K)

偏光観測用

焦点マスク

フィルター・グリズム

半波長板（回転可能）

偏光ビームスプリッタ

_{(Wollaston Prism)}

導入した偏光観測用素子



半波長板



Pancharatnam型

Superachromatic

(MgF

₂

+SiO

₂

)×3



偏光観測時のみ挿入。回転制

御 0.05°精度



偏光ビームスプリッタ



Wollaston Prism Type



材質 : LiYF

₄

(フッ化イットリウ

ムリチウム)

透過性、複屈折性の大きさ、

色分散の小ささ、線熱膨張率、

低温使用実績などを踏まえて、

複数材料から選定

有効径 92mm

焦点マスク



離散的なスロッ

ト or スリット



材質: マシナブル

セラミックス

「マセライト

HSP黒 (有明マテ

リアル)

→ 金属端での偏光生

成を抑制

45”×2.2”×5

0.7’×9.7’×5

R~200-400

3. 偏光観測性能評価

(偏光撮像)

直線偏光観測に必要な主な較正



器械偏光



消偏光



偏光方位角原点

Q/I

U/I

0

p

_観測

p

_天体

ｐ

_器械

直線偏光観測に必要な主な較正



器械偏光



消偏光



偏光方位角原点

Q/I

U/I

0

p

_観測

p

_天体

ｐ

_器械



器械偏光



消偏光



偏光方位角原点

p

_天体(真)

ｐ

_器械(真)

直線偏光観測に必要な主な較正

Q/I

U/I

0

観測される

偏光度が真の値

より一定割合

小さくなる



器械偏光



消偏光



偏光方位角原点

p

_天体(真)

直線偏光観測に必要な主な較正

Q/I

U/I

0

２ θ

_観測

２ θ

_天体(真)

装置

器械偏光(偏光撮像)



多くの波長域(V~H)で器械偏光 (< 0.1%)±(<0.1%)。



B, Ksでやや大きい。~0.2±(0.2-0.3)%。課題。

B

V R

I

J

_H

K

消偏光効果

0.4

1.0

2.

0

2.

4



人工100%偏光星(焦点前にWiregrid設置)



短波長で偏光度低下

(原因不明。Wollaston prism又

はその前の光学素子による直線偏光→円偏光変換?)



測定偏光度に補正必要



補正誤差(天体のカラー

variation含めて)

Δp

_B

< 0.1 %

(for

p

_B

~5%

の天体)

λ (μm)

偏光測定精度総合評価



そのほかに必要な較正



偏光方位角原点とその

波

長依存性 : Δθ< 0.1 °

(強偏光標準星、Wiregrid星観測)



偏光撮像総合評価



多くの波長域でΔp< 0.1%達成。



一部波長域

(撮像時B, Ks; 偏光分光時の近赤

外線)で

Δp~0.2-0.3%

。安定性向上が課題。



偏光分光 : 可視p

_inst

~0.1±0.1 %

近赤外でp

_inst

~(0.2-0.3)±(0.1-0.3) %。

Wiregrid星の偏光方位角波長

依存性(R-band = 0°に設定

偏光観測初期成果



K04a 川端ほか



9/13(土)午前 G会場



近傍銀河M82 に現れた赤化の大きなIa 型超新星SN

2014J の偏光特性



J106b 神田ほか



9/11(木)午後 E会場 & ポスター



ブラックホールX線連星のかなた望遠鏡を用いた可

視・近赤外線の偏光



その他



ブレーザー、前主系列星など観測・解析進行中

偏光観測初期成果



SN2014J 偏光撮像

Kawabata+14, ApJL, submitted

arXiv:1407.0452

直線偏光度

偏光

方位角

B

V

R

I

J

H K

M82の星間偏光検出(超新

_{星を光源として)}

偏光度が短波長側に向けて

単調増加・時間安定

↓

Our galaxyよりも小さなダ

スト(<0.1μm)が主成分

波長

まとめ



可視赤外線同時カメラHONIRに偏光素子設置し、

直線偏光

撮像・偏光分光機能

を搭載した。



YLF Wollaston Prism



Pancharatnam型半波長板



偏光観測用焦点マスク・スリット



多くの波長域で Δp~0.1%の直線偏光撮像・直線偏光分光

(R~200-600)を実現。



一部波長域(B, Ks)で器械偏光とその変動やや大きい(σ

~0.2-0.3%)。

今後の較正精度向上が課題



可視・近赤外線の直線偏光測定に基づく観測研究が始まっ

ている。

限界等級評価 (preliminary)

480 sec

120 sec x

4 HWPs

器械偏光(偏光撮像)



無偏光標準星 (p<0.01%)

可視 (B, V, R

_C

, I

_C

)

近赤外 (J, H, K

_s

)

0.2%

器械偏光(偏光分光)



可視



σ

_p

< 0.1%



近赤外



σ

_p

~0.1-0.3%

やや大。安定

性向上が課題。

Wollaston Prism材質比較

撮像・分光

撮像

(M42)

分光

(Nova Cep 2013)

可視

J

H

K

赤外

可視

器械偏光(視野内変動)



視野内の器械偏光の変動 (標準偏差)



R

_C

バンド : ~ 0.10 %



Jバンド : ~ 0.24 %

星間偏光測定例

HONIR光学系と分光素子の配置

未導入

ダイクロイック

ミラー

天体光

望遠鏡焦点

近赤外線

検出器

可視検出器

グリズム

グリズム

スリットマスク

HONIR分光機能の導入

素子

波長帯

仕様

スリット 可視・近赤外共

通

0.12 mm (1.3”),

_{0.20 mm (2.2”),}

0.54 mm (6”)

分光素子

可視

0.41-0.97μm

BK7 グリズム

R=550

(※1)

近赤外 short

1.07-1.43μm

BK7グリズム

R=590

(※1)

近赤外 long

1.5-2.4μm

S-FTM16グリズム

R=618

(※1)

(※1) 0.12mm slit使用時

可視 + 近赤外(short/longのどちらか)の同時分光が可能