すばる将来計画（すばる２）rev

2018/9/10

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銀河誕⽣時の宇宙の姿を探り、太陽系外の惑星の謎に迫るため、⽶国

ハワイ州マウナケア⼭頂に建設された⼝径8.2ｍの⼤型光学⾚外線望遠鏡

（すばる）を⽤いて、国内外の研究者による共同利⽤観測を推進する。

〇 特徴

• 世界最⼤級の⼝径8.2ｍ、世界最⾼精度で 研磨された⼀枚ガラスの主鏡。 • ⽇本の優れた技術を活かし世界トップク ラスの性能を達成。最先端技術を活⽤し た新観測装置の開発で、世界をリードし 続けている。 • 超広視野観測が可能な世界唯⼀の⼤型望 遠鏡として、他の追随を許さない成果。 マウナケア⼭頂（標⾼4200m）のすばる望遠鏡

〇 推進体制

⽇本から赴任職員 21⼈、現地⼈材派遣 約70⼈。 ハワイ⼤学との協定に基づいた運⽤、近隣の天⽂台との連携及び地元社会との協⼒を進め、 国際的に開かれた観測所を実現 2018/9/10 光⾚天連シンポジウム

3 2018/9/10 光⾚天連シンポジウム 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 0 100 200 300 400 500 600

O

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Open use night statistics

Proposed

Accepted

Oversubscription

近⾚外ドップラー分光装置 4

地球型太陽系外惑星の間接的検出に挑む

• アストロバイオロジーセンターとの共同で、近⾚外 ドップラー分光装置 IRD を開発。 • 超⾼精度の分光観測により、質量の⼩さな地球型の 太陽系外惑星の間接検出を⽬指す。 • 平成31年度より観測開始予定。検出された惑星は TMTで直接撮影するためのよいターゲットになる。

太陽系外惑星の⼤気成分分析に挑む

• ⽶国プリンストン⼤学との共同で、近⾚外線⾼ コントラスト⾯分光装置CHARISを開発。 • 平成29年度より科学観測を開始。 • かつてない⾼コントラストで太陽系外惑星の⼤気を 分光観測し、TMTを⽤いた⽣命探査の準備を進める。 • 開発された技術は、TMTの装置開発にも応⽤。 CHARIS試験観測で撮影された、HR 8799 をまわる３つの惑星（⾚丸） Currie 他、2018、

5

宮崎、⼤栗 他、2018

Publications of Astro. Soc. Japan

かつてない広さと解像度のダークマターの3次元地図を構築

•

160平⽅度の範囲で、2000万個以上の銀河を撮影。

•

銀河の形状を精密に測定し、重⼒によって光をゆがめるダークマターの

分布を描き出した。その広さ・解像度ともに史上最⾼。

•

ダークマター塊の数や質量と宇宙膨張理論モデルを⽐較することで、

ダークマター・ダークエネルギーの性質に迫ることができる。

約10億光年 2.5億光年 奥⾏き 80億光年

Subaru Telescope

Construction of a very wide field 3D

dark matter map

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 望遠鏡 1台当たりの論⽂出版数 観測開始からの年数 査読論⽂ 出版数の推移 Subaru Gemini Keck VLT CFHT

観測開始直後から、多数の論⽂を⽣産し続けている

• 世界の8〜10m望遠鏡と⽐較しても、論⽂数は常にトップクラス。 超広視野主焦点カメラHSCの膨⼤なデータで、今後⼤幅な伸びが期待できる。 • 総論⽂数1789（平成29年末時点）、うち Nature/Science に27本。 • すばるデータを使った博⼠論⽂（国内）は134本。⽇本の研究者養成に⼤きく貢献。

2018/9/10

1. Extreme adaptive optics + coronagraph

è

direct imaging and spectroscopy of exoplanets

2. Accurate radial velocity measurement in near-IR

è

indirect detection of earth-line planets around M dwarfs

SCExAO + CHARIS (2016)

IRD (2018)

9

1. Very wide-field optical imager

2. Wide-field multi-objet spectrograph

3. Wide-field near-infrared imager and MOS

spectrograph including AO assisted IFU

HSC (2014)

PFS (2021)

ULTIMATE-Subaru

(2026)

Recommendation from Subaru Science Advisory Committee

FOV: 1.7 degree

2

104 2K x 4K Hamamatsu FD-CCD

Pixel scale: 0.17 arcsec

Wavelength range: 0.4 – 1.0 μm

2018/9/10 10 光⾚天連シンポジウム

A fiber fed

multi-object spectrograph

attached to the prime

focus of Subaru

2,400 fibers FOV: 1.25 deg

2

λ range: 0.38 – 1.26 μm

Spec. R: 2,300 – 5,000

Sensitivity

Band magnitud e Blue (0.38 – 0.65 µm) 22.5 Red (0.65 – 0.97 µm) 22.4 NIR (0.97 – 1.26 µm) 21.4 S/N = 5 @ 1 hour exposure 光⾚天連シンポジウム 11

Deformable

Secondary

Mirror

Wavefront

Sensors

4 Laser Guide

Star System

Wide Field

Near-infrared

Instruments

Wide field

near-infrared observation

facility

using ground

layer adaptive optics

(GLAO) system

Science Operation:

2026

科研費、FIRST(東⼤IPMU)、国際協⼒ (⽶プリンストン⼤、台湾中央研究院) により、約55億円の外部資⾦獲得 FIRST(東⼤IPMU)を基に国際協⼒（7 か国、18機関）により、約80億円 の外部資⾦獲得 科研費を基に、国際協⼒（オーストラリア、 カナダ、台湾、6機関）により、約2億円の 外部資⾦を獲得して開発開始

広視野観測の

極限化

すばる望遠鏡の最新鋭の

観測装置と装置開発

超広視野主焦点カメラ （_HSC）【_{2014年から稼働】} 主焦点超広視野分光器（_PFS） 【_{2021年から稼働予定】} 広視野高解像赤外線 観測装置（_ULTIMATE） 【2026年から稼働予定】 視野1.7平⽅度（ハッブル宇宙望遠鏡 の1500倍、ケック望遠鏡の100倍） è 8m級望遠鏡で他にない広視野。 銀河を多数発⾒し宇宙の構造を探る。 視野1.3平⽅度の中にある2400個の天体を同時に 分光可能（ケック望遠鏡分光器が同時分光できる 数の20倍）è 8m級望遠鏡で他にない広視野と 多天体同時分光機能。多数の銀河を性質を明らか にし、銀河進化と宇宙の進化を調べる。 地表層補償光学装置によって、地表 近くの空気乱流を補正、広い視野に わたって⾼い解像度で⾚外線観測を する。視野直径14分⾓（ハッブル宇 宙望遠鏡の40倍）è 可視光カメラ であるHSCでは⾒ることができない初 期宇宙を探査する。 協力機関 協力機関 協力機関 2018/9/10 13

2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027

PF

HSC_PFS

Cs

FOCAS COMICS MOIRCS ULTIMATE

Ns

HDS IRCS SCExAO IRD CHARIS AO188

GLAO

GLAO End End End End TBD renewal transition

Instrumentation Plan (2018 proposed)

End

End

フルリモート観測

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科学⽬標１：ダークマター・ダークエネルギーの謎に迫る

科学⽬標2：初代銀河形成期と銀河成⻑に迫る

科学⽬標3：マルチメッセンジャー天⽂学で

物質の起源に迫る

• ブラックホールや中性⼦星の合体、ニュートリノバーストを、重⼒ 波望遠鏡やニュートリノ観測装置、他波⻑望遠鏡と協⼒して観測し、 物質の起源を明らかにする。 • 超広視野主焦点カメラHSC、超広視野多天体分光器PFSを⽤いてダー クマターとダークエネルギーの正体を究明し、宇宙の起源と未来を 解き明かす。 • 広視野⾼解像⾚外線観測装置 ULTIMATEでビッグバン後5億年程度の 宇宙を探査し、初代銀河が作られた時代の天体の性質を明らかにする。 中性⼦星合体の想像図

V. Springel (MPA) et al.

初代銀河の想像図 ダークマター分布の シミュレーション

科学⽬標4：地球型惑星の性質に迫る

• アストロバイオロジーセンターと密接に連携しながらIRDを⽤ いた地球型惑星の間接探査を推進し、将来のTMTを⽤いた直接 撮影、⽣命探査に繋げる。

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NAOJ Hawaii Observatory TMT

International Observatory

Subaru operation Liaison with TIO Administration PIO Subaru – TMT Science Center integrated? or independent? Data analysis Data archive

Open use support Subaru – TMT SAC ?

Subaru TAC TMT TAC?

operation operation cooperation

One idea on Subaru – TMT cooperation in 2030s

Subaru operation

Strategy of Subaru Telescope

18

2040

2018

2020

2024

2028

2033

2050

HSC

PFS

IRD

・

_CHARIS

ULTIMATE-Subaru

Ultra wide field survey

Wide field spectroscopic survey Exoplanet search

Wide field infrared survey / Time-domain

TMT

detailed

study

Subaru

wide field

survey

Life signs of exoplanets Origin of dark energy Origin of dark matter

Time-domain Long term monitoring

IFU survey Reionization

Subaru/TMT operation

TMT construction collaboration Synergy of Subaru and TMT

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2018/9/10

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Ono et al. 2017, Shibuya et al. 2017

z=4 z=5 _z=6 z=7

z=6-7

Subaru Telescope

Discovery of numerous distant galaxies

580,000 Galaxies at z=4-7 in 100 deg

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⾼コントラスト撮像観測で、太陽系外惑星と惑星の誕⽣現場に迫る

• 星の光を隠すコロナグラフ技術で、史上最も低温な惑星の直接撮影に成功。 → TMTの⽬標である地球型惑星の撮影に向け、すばるで経験を積み着実に前進。 • 約500個の原始惑星系円盤を撮影し、その構造を明らかにした。 → アルマ望遠鏡でのさらなる研究につながる、良質な基礎データを獲得した。 すばる望遠鏡がとらえた、惑星の誕⽣現場 すばる望遠鏡が撮影した太陽系外惑星