すばる望遠鏡次世代広視野補償光学システム (GLAO) 研究代表者 : 有本信雄

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(1)すばる望遠鏡次世代広視野補償光学システム (GLAO) 研究代表者: 有本信雄 .

(2) • HSC, PFSに続く TMT時代のすばる望遠鏡の主力装置 • HSC, PFSは暗夜に運用。明夜を担う基幹装置が必要 • 本装置と系外惑星探査用のPI装置で明夜の観測を実施 • TMTとのサイエンス・技術開発両面でのシナジー • 2020年代のすばるは広視野サーベイでTMTにサンプル供給典型的なすばる望遠鏡スケジュール: 約半分は赤外線装置 .

(3) 1. 可変副鏡を用いた地表層補償光学系(Ground Layer AO)を導入 2. 近赤外線装置 (広視野撮像・多天体分光器)の開発・製作. • → 視野直径14分角以上にわたるシーイング改善 . • (FWHM 0.4”→0.2”). • HSTに匹敵する解像度と口径2倍相当の感度の向上*1, . 6-200倍の広視野化*2. • 2020年までに完成をめざす . *1点源について *2 MOIRCS比6倍、IRCS比200倍 . すばる望遠鏡アップグレード.

(4) • 「最盛期の銀河形成を解剖する」 • 大規模撮像・分光サーベイによる銀河進化史の全貌解明 • 数千個規模の1<z<3銀河 - 形態、力学構造、物理パラメータ、環境効果、 • 内部運動、AGNの寄与、重元素量分布 . • 「最遠方の銀河形成を捉える」 • 高感度狭帯域撮像による最遠方銀河探査 • z>7.5の銀河の発見、宇宙再電離過程の探究 . • → TMTに向けた日本独自サンプル構築 • 最も面白い天体はHSC, PFSだけでは探査できない • 望遠鏡性能の大幅向上 - 多様なサイエンスに貢献 .

(5) HSC . GLAO . TMTによる詳細観測へ .

(6) • 可変副鏡 • 複数レーザーガイド星、複数波面センサ • 大気の三次元モデル化 • 地表層のゆらぎを抽出し可変副鏡で補正 .

(7) レーザー4本（側面照射）可変副鏡 . 観測装置 . 波面センサー . 近赤外線撮像・多天体分光視野14分角 . GLAOは望遠鏡機能の一部 (Adaptive Telescope) .

(8) ガイド星 . レーザーガイド星 4個自然星 3個 . 可変形鏡 . 副鏡 . 波面センサー . ~1000素子, VLTの可変副鏡の複製 . 10x10以上シャックハルトマン可視光, EM-CCD(TBD) . 傾斜波面センサー . 2x2 シャックハルトマン . 可視光 . レーザー . 20 W 連続波 . (レイリーガイド星はオプション) . レーザーガイド星の配置 . 直径15分角 . 送信望遠鏡 . 口径〜25cm (TBD) . TOPTICA製 (589nm) . 側面射出 .

(9) Comparison: Imaging. Subaru MOIRCS. Subaru GLAO. TMT IRIS. Telescope. Aperture. 8.2m. 8.2m. 30m. 2.4m. 6.5m. Wavelength Coverage. 0.9-2.5μm. 0.9-2.5μm. 0.84-2.4μm. 0.9-1.7μm. 0.9-2.3μm / 2.4-5.0μm. Spatial Resolution. 0.117”/pix. 0.4”@2μm. ~0.1”/pix. 0.2”@2μm. Field of View. 28 □’. ~180 □’. HST WFC3/IR JWST NIRCam. 4 mas. 0.13”/pix. 10mas@1μm FWHM~ 0.25”. 0.075 □’. 4.65 □’. 32 mas /. 64 mas. 9.7 □’.

(10) Comparison: Spectroscopy. Subaru MOIRCS. Subaru GLAO. TMT IRIS. Wavelength Coverage. 0.9-2.5μm. 0.9-2.5μm. 0.84-2.4μm. 0.9-1.7μm. 0.6-5μm. Spatial Resolution. 0.117”/pix. 0.4”@2μm. ~0.1”/pix. 0.2”@2μm. 4 - 50 mas. 0.13”/pix. FWHM~ 0.25”. 0.2”x0.45”. Field of View. ~25 □’. ~120 □’. 0.2-10 □”. 4.65 □’. 12.24 □’(MSA). 3”x3”(IFS). Functions. Single-Slit. MOS. IFS. MOS. Multi-IFS???. IFS. Slitless. Slits. Microshutters. IFS. Spectral Resolution. 600-3000. -2000?. 4000-10000. TBW. 100, 1000, 2700. HST WFC3/IR JWST NIRSpec.

(11) • 世界の8-10m級望遠鏡では新世代装置が続々と立ち上がっている: 下線つきはAO装置 • Keck MOSFIRE, NGAO. • VLT HAWK-I + GRAAL. • VLT SINFONI, KMOS. • Gemini GeMS, GPI, FLAMINGOS2 . MOSFIRE . HAWK-I . KMOS .

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(14) 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 概念設計 . 概念設計レビュー基本設計レビュー基本設計詳細設計レビュー詳細設計製作 . ファーストライト . 望遠鏡改造設置・調整・試験サイエンス観測 . AO188/LGS HSC PFS GLAO.

(15) 項目 . 予算額 (億円) . 予算獲得プラン . ~ 5 . 科研費(特別推進)、2014 or 15から5年間 Microgate/ADS製作予定 . レーザーシステム . 2 – 4 . 科研費(新学術領域)、2014 or 15から5年間 TOPTICA/MPBC製作予定 . 波面センサーシステム . ~ 3.5 . 上に同じリソース NAOJ主体製作、HIA協力 . 制御計算機 . ~ 0.2 . 可変副鏡と同じリソース TMT用のダウングレード版 . 7.5 - 15 . 運営費 . 0 – 15 . 初期はnuMOIRCSを利用新装置は国際協力で製作（HIA、ASIAA） . 人件費 . ~ 2 . In-kind貢献も含む . 予備費 . ~ 5 . 可変副鏡 . 望遠鏡改造・改修観測装置 . 総額 . 25.2 - 50 . 新学術領域は生物用補償光学系の研究グループと連携し、波面センサー、レーザーシステムを開発する特別推進：可変副鏡製作、nuMOIRCS+GLAOを用いたサイエンスを柱とする .

(16) • サイエンスワークショップの開催 • 2011年9月（大阪）、2013年6月（札幌） • 札幌のワークショップには台湾ASIAA、カナダHIAからも参加者 • キーサイエンス、多様なサイエンスケースについて議論 • http://www.naoj.org/Projects/newdev/glaows13/ • 装置仕様の議論 • http://www.naoj.org/Projects/newdev/glaows13/spec.html . • 検討報告書作成（2012年8月） • http://www.naoj.org/Projects/newdev/ngao/20120807/subaru_ngao20120802.pdf . • 外部資金申請 • 科研費基盤研究S（2013年〜、不採択） • 特別推進研究、新学術領域（2014年〜）の準備中 . • プロジェクトウェブページ http://www.naoj.org/Projects/newdev/ngao/ .

(17) • GLAOの性能シミュレーション • Kバンドで0.2秒角（0.65秒角シーイング）を達成 • 視野は15分角以上 . • 可変副鏡の概念検討 • VLTの可変副鏡を製作しているMicrogate, ADS internationalと初期検討を開始 • 赤外副鏡のアップグレード . • レーザーシステム検討 • 20Wファイバーレーザーが第一候補 • レーザー設置場所はセンターセクション部分 • レイリーレーザーガイド星の可能性（UH IfAと連携） . • 確保できる最大視野と望遠鏡インターフェースの検討 • 望遠鏡改造により14x16分角が確保できる見通し .

(18) Preliminary model for ASM Mirror Dia: 1265mm Actuators: 924 Spacing: 35 mm Center obscuration: 350mm.

(19) Interface to existing IR M2.

(20) Vignetting by telescope structures. M3 Unit. Cassegrain Unit. M1 cell cover.

(21) 現状のカセグレン焦点の視野.

(22) Cassegrain Unit φ16 arcmin ① ADC Remove. Remove. Modify. Remove.

(23) M3 unit φ16 arcmin.

(24) カセグレン焦点、主鏡セルカバー改造後の視野.

(25) • 広視野赤外線装置の光学設計検討 • 視野分割の可能性 • 多天体スリット分光の可能性、多天体面分光は困難 • カナダHIAとの連携 . • 赤外線カメラの検討 • 台湾ASIAAとの連携を模索中（CFHT WIRcamの実績あり） . • 波面センサーの検討 • 光学機械設計をカナダHIAのAOグループ、エンジニアと連携できる可能性あり • Gemini GLAOの検討はHIAが行った実績あり。 . • 概念設計レビュー • 2013年12月ごろを予定、外部レビューワーによる評価 .

(26) すばる次世代広視野補償光学システム: まとめ • すばる望遠鏡に可変副鏡を用いた地表層補償光学系（Ground Layer AO)を導入し、これに対応した広視野赤外線撮像分光装置を開発する。 • HSTに匹敵する解像度、望遠鏡口径２倍相当の感度向上、６倍の広視野化を達成。 • 2020年代におけるすばる望遠鏡の赤外線基幹観測装置。広視野装置によるサイエンスというすばる望遠鏡最大の特長を発展させる、世界的にもユニークな装置。 • 遠方銀河の大規模なサーベイによる銀河進化史の全貌解明、超遠方銀河の探査と宇宙再電離の探究を始め、多様なサイエンスの展開が可能。 • HSC, PFSによるサンプルは赤方偏移が限定される。すばるからGLAOによる独自サンプルを提供できなければTMTを十分に活用できない。 • 観測天体サンプルの形成、技術基盤形成など、TMTとの高い親和性。 • コミュニテイでの検討を母体とし、ワークショップ等を通じて幅広い研究者に開かれた検討を行っている。 • 2020年の完成を目指す。主に複数の競争的資金と国際協力によって予算獲得を目指す。 .

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すばる望遠鏡 次世代広視野 補償光学システム (GLAO) 研究代表者 : 有本信雄

すばる望遠鏡次世代広視野補償光学システム (GLAO) 研究代表者 : 有本信雄