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HDS ゼミ　 2004/June 10 Resume of Presentation 吉澤正則 I.1 MIRA プロジェクト これまでの概要 I.2 MIRA プロジェクトの目指す天文学 光赤外干渉計による観測例：　世界の現状 MI

MIRA. 三鷹光干渉計 MIRA-I.2 と恒星物理学. HDS ゼミ　 2004/June 10 Resume of Presentation 吉澤正則 I.1 MIRA プロジェクト これまでの概要 I.2 MIRA プロジェクトの目指す天文学 光赤外干渉計による観測例：　世界の現状 MIRA-I.2 の観測対象 I.3 今後. MIRA. MIRA プロジェクト. MIRA-I.0, I.1 (1994-1999, operation ： 1998-1999) 　　実験機（フェーズ I ）

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HDS ゼミ　 2004/June 10 Resume of Presentation 吉澤正則 I.1 MIRA プロジェクト これまでの概要 I.2 MIRA プロジェクトの目指す天文学 光赤外干渉計による観測例：　世界の現状 MI

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  1. MIRA 三鷹光干渉計MIRA-I.2と恒星物理学 • HDSゼミ　2004/June 10 • Resume of Presentation • 吉澤正則 I.1 MIRAプロジェクト これまでの概要 I.2 MIRAプロジェクトの目指す天文学 光赤外干渉計による観測例：　世界の現状 MIRA-I.2の観測対象 I.3 今後

  2. MIRA MIRAプロジェクト • MIRA-I.0, I.1(1994-1999, operation：1998-1999) • 　　実験機（フェーズI） • ・フリンジ検出実証(初フリンジ1998年6月)、フリンジ追尾実験成功、 • 　　　　フリンジデータ解析の実践、大気揺らぎデータ取得などを実行 • MIRA-I.2(1999-2006 , operation：2002-2006) • 実証機：光赤外干渉計の諸要素技術を高いレベルで修得（フェーズII） • －真空伝送光路の安定性　　　 • －tip-tilt鏡による像位置制御　　　 • －真空光遅延線と遅延追尾　　 • －長基線干渉計のノウハウの蓄積

  3. MIRA MIRA-I.2の主要な装置構成 • 観測室（スライディングルーフ） • 　望遠鏡（30cmサイデロスタット＋13cmニュートン型光束縮小系） • 　星導入光学系 • 真空光伝送路 • 真空光遅延線（精密遅延線、粗動遅延線） • Tip-Tilt鏡＋4象限センサー • 干渉光学系＋フリンジセンサー＋強度センサー • 制御系

  4. δ1 δ2 実像とフーリエ像との関係 画像 Source Convolution 単一開口 ＊ 2素子干渉計 ＊ Response function フーリエ変換 高空間周波数成分をカット（分解能有限） 瞳面 積 単一開口 × 2素子干渉計 ある特定の空間周波数成分の抽出 ×

  5. 干　渉　計　の　原　理 ( van Cittert-Zernike theorem )

  6. MIRA Stars with extended atmosphere K-band Mira model Hoffman et al. (1998)

  7. MIRA エンベロープ法によるフリンジの観測 Δλ= 300nm (650-950), λ= 800nm --> コヒーレンス長 〜2μm fringe packet delay x = B・s + x1 - x2 APD output: ピエゾ三角波変調；0.128mm/0.32sec λ=0.8μmで -->500Hz変調 1波長／4 samplings APD; 2kHz sampling 日周運動の補正；最大速度1.2mm/sec

  8. MIRA Waterfall diagram:周波数空間および配位空間におけるフリンジ検出位置の揺らぎ　(1 scan = 0.64 sec = 1280 samplings) 観測室光束縮小装置前折返し白色光源 scan number Fringe modulation frequency (unit=1.56 Hz) Fringe position (unit=0.1μm)

  9. MIRA 配位空間におけるフリンジ検出位置の揺らぎ(1 frame = 187 scans ; 1 scan = 0.32 sec = 640 samplings) Vega Vega: file # 20040429/44292810.12F 44292810.12F Offset: 1907.780 mm scan number fringe packet Fringe Pos (unit=0.2μm)

  10. MIRA Power Spectrum for a 60 sec-scans(1 frame = 187 scans ; 1 scan = 0.32 sec = 640 samplings) Vega Vega: file # 20040429/44292810.12F 44292810.12F Offset: 1907.780 mm scan number mean vis = 0.314 Fringe modulation frequency (unit=3.12 Hz)

  11. MIRA Site Condition 光干渉計の観測サイト条件： r0 isoplanatic angle 1” seeing V 10cm <10” K 50cm <1’ ⇨2-3 r0まで開口:口径1m-2m（without AO） with AO ⇨口径4mまで 参考： 岡山（<2”、晴天率50%?、最大基線長 150m?） 三鷹　MIRA-I.2；　2.5-3”（4-3cm

  12. MIRA 三鷹光干渉計MIRA-I.2と恒星物理学 • HDSゼミ　2004/June 10 • Resume of Presentation • 吉澤正則 I.1 MIRAプロジェクト 概要 I.2 MIRAプロジェクトの目指す天文学 光赤外干渉計による観測例：　世界の現状 MIRA-I.2の観測対象 I.3 今後

  13. MIRA 世界の光赤外干渉計の現状 現在稼動している外国の天体光干渉計は、北米に5施設、欧州に2施設、南米に１施設、ハワイ島マウナケア山頂に１施設、豪州に１施設ある。 このうち、ESOのVLTIとKeck干渉計では、中心をなす素子望遠鏡に、8-10mクラスの巨大鏡を使い、活動銀河の中心核などの微光天体を狙うことができる。一方、その他の干渉計は恒星干渉計で、素子望遠鏡の口径は比較的小さく、20cmから1.5m程度である。

  14. ～ ～ 800 Fringe No fringe 0 100 200 300 400 500 600 700 Optical／IR Interferometers Keck I OHANA LBT VLTI Diameter (m) Magellan 10 ISI VLTI sub GI2T Keck sub MRO COAST CHARA NPOI(USNOAI) 8 IOTA PTI NPOI(BOA) MIRA-I.2 SUSI 6 Baseline (m) 4 3 ～ ～ 2 1 0 Siderostat

  15. MIRA 恒星物理学にかかわるテーマ • 恒星の半径と有効温度 • Teff and Radius of dwarfs, late-type giants/supergiants • PTI, IOTA中心にこれまで300個程度（巨星、超巨星が主） • 恒星の構造・進化モデルの検証 • Asymmetric structure • Rapidly rotating stars • Altair • 恒星の大気モデルの検証 • Cepheid’s Angular Diameter • 数個の検出（一部マージナル）；精度的にはまだ不十分 • （PTI: ζGem;NPOI: δCep, ηAql） • --> Cepheid Period-Radius Relation, distance • Other pulsating stars and stars with extended atmosphere or dust envelopes • Miras, AGB stars, late-type giants/supergiants • 撮像観測（3-6素子同時） • A fewbinary systems：NPOI, COAST

  16. MIRA 高速回転星

  17. 恒星視直径：観測手段と決定精度 • 観測手法相対誤差(Δθ/θ) note • Occultation 〜15 (≦25) % for αTau 2%; lunar limb shape • Speckle Interferometry 10 -- 30 CERGA 20m • Intensity Interferometry 2 -- 6 Hanbury Brown et al.(1974) • Eclipsing Binaries (light curve) 〜 5 300 binaries of different types • Photometric Method 〜 5 IR photometry + model atmosphere • Phased Interferometry: PTI 〜 4 K-band B=110m IOTA ≦10 B=38m NPOI 1 -- 4? B=40m

  18. Observations of Stellar Diameters (P. Lawson 2003)

  19. Observations of Stellar Diameters based onThe CHARM Catalog A. Richichi - first version 13 September 2000 A. Richichi & I. Percheron - last update 20 February 2002

  20. Observations of Stellar Diameters R/R_sun = θ[mas]×d[pc]/9.3 θ= 2 mas at 500 pc θ= 2 mas at 50 pc θ= 2 mas at 5 pc

  21. T_eff and Radius of late-type giants • PTI observations:van Belle et al. (1999) Astron. J. 117, 521-533

  22. MIRA MIRA-I.2による観測 テーマ別：相対誤差１％で視直径、他 主系列星、巨星・超巨星の視直径（可視、近赤外） 分光連星の軌道パラメータ（可視、近赤外） MIRA型星、AGB星などの本体とエンベロープ情報 （近赤外） 晩期型星の大気情報（主として、近赤外） 脈動星 天体別：主な候補 主系列星 巨星 連星

  23. MIRA-I.2の観測限界等級(1)

  24. MIRA 主な候補天体 主系列星：ζHer(G0IV)、ηBoo(G0IV)、αLyr(A0V); r<15pc 巨星： εCyg(4.4mas, V=2.5, K0 III) ψUMa(〜4mas, V=3.0, K1 III) βDra(〜3mas, V=2.8, G2 II) βTau(4.6mas, V=2.4, K0 II-III) εBoo(〜4mas, V=3.0, K1 III) 連星： α2CVn：binary, P=5.469days εUMa：V=1.8, P=5.089days βPer AB: eclipsing binary, P=2.867days βAur: sp. binary, P=3.96days その他: χCyg: Mira-type, Vmax=3.3, P=408days Y CVn：Carbon star, V=4.9, θ〜15mas ζGem：Cepheid, θ〜2mas, Vmax=3.79, P=10.15days

  25. MIRA 恒星視直径の観測誤差要因 • Phased Interferometry fringe visibility：大気変動、光子雑音、系統誤差 対策　tip-tilt mirror 100Hz制御 tilt + fringe　同期観測 • Limb darkening model uniform diskθUD limb darkening coeff. uλ ---> θLD cf.θLD /θUD = [(1- uλ /3)/(1-7 uλ/15)]1/2 (Hanbury Brown et al. 1974) PTI: K-band θLD /θUD = 1.002 • Δ Teff/ Teff = 0.5 × Δθ/θ • MIRA-I.2: Δθ/θ=1%の観測精度をめざす

  26. MIRA 周波数空間および配位空間におけるフリンジ検出位置の揺らぎ(1 scan = 0.32 sec = 640 samplings) Vega: file # 45112611.30F scan number Fringe modulation frequency (unit=3.12 Hz) Fringe position (unit=0.2μm)

  27. MIRA Raw Fringe Visibilities for 60 sec-frames(1 frame=187scans; 1 scan = 0.32 sec = 640 samplings)Object: Vega (Alpha Lyrae) 20040511/45112611.30F 20040511/45112614.10F 20040511/45112616.24F vis = 0.284 vis = 0.261 vis = 0.251 20040511/45112618.22F 20040511/45112620.53F 20040511/45112623.17F vis = 0.273 vis = 0.269 vis = 0.271 20040511/45112626.18F 20040511/45112628.42F 20040511/45112631.13F vis = 0.285 vis = 0.222 vis = 0.230

  28. MIRA Raw Fringe Visibilities for 60 sec-frames(1 frame=187scans; 1 scan = 0.32 sec = 640 samplings)Object: Vega (Alpha Lyrae) 20040511/45112634.23F 20040511/45112637.12F 20040511/45112641.42F vis = 0.310 vis = 0.263 vis = 0.255 20040511/45112643.52F 20040511/45112646.11F vis = 0.288 vis = 0.260 Mean vis. = 0.266; r.m.s.=0.023; mean error = 0.006 = 2.3% of Mean vis (N=14)

  29. MIRA システム評価用天体 βTau(ref, 1.4mas, 1.65, B7III) θAur(ref, 0.7mas, 2.62, A0p) α２Gem(binary, 2.2mas, 1.9, A1V) γLeo(8.6mas, 2.61, K1III+G7III) δLeo(ref, 1.3mas, 2.56, A4V) αCVn(binary, 0.8mas, 2.8, A0p+F0V) ηUMa(ref, 0.7mas, 1.86, B3V) αCrB(ref, 1.1mas, 2.23, A0V)

  30. MIRA 周波数空間および配位空間におけるフリンジ検出位置の揺らぎ(1 scan = 0.32 sec = 640 samplings) Eta UMa: file # 45112436.53F scan number Fringe modulation frequency (unit=3.12 Hz) Fringe position (unit=0.2μm)

  31. MIRA An Example of Fringe of Eta UMa on May 11, 2004(1 scan = 0.32 sec = 640 samplings) 45112436.53F 45112507.36F

  32. MIRA Power Spectrum of Fringe of Eta UMa on May 11, 2004(1frame = 187 scans; 1 scan = 0.32 sec = 640 samplings) Eta UMa: file # 45112436.53F vis = 0.409

  33. MIRA 連星の観測

  34. MIRA 連星の観測

  35. MIRA Cepheid’s Angular Diameter • Gieren, Fouque, & Gomez (1998) ApJ, 496, 17-30 • Feast & Catchpole (1997) MN

  36. MIRA Stars with extended atmosphere K-band Mira model Hoffman et al. (1998) Dust sublimation radius Rdust ∝ L0.5 T-2dust Tdust〜 1500 K

  37. MIRA Stars with disk or extended atmosphere

  38. MIRA Stars with disk or extended atmosphere

  39. MIRA 三鷹光干渉計MIRA-I.2と恒星物理学 • HDSゼミ　2004/June 10 • Resume of Presentation • 吉澤正則 I.1 MIRAプロジェクト これまでの概要 I.2 MIRAプロジェクトの目指す天文学 光赤外干渉計による観測例：　世界の現状 MIRA-I.2の観測対象 I.3 今後

  40. MIRA • 今後の技術開発的項目 • 近赤外J、Hバンドの立ち上げ • １年程度を目処に、J、Hバンドの少なくとも１つを立ち上げる。 • 大気ゆらぎによる制限が緩和 • 素子望鏡の開口：10cm --> 20cm） • より低い波数空間成分の情報（λ/Bが大） • 晩期型星や質量放出星の大気物理量、その周辺領域（ダストの分布など） • 経験のあるグループとの連携 • フリンジトラッキング

  41. MIRA 今後のMIRAプロジェクト 国立天文台の観測装置としての光赤外干渉計の実現に向け、 当初MIRA-IIとして想定していた長基線の恒星干渉計へ向け たロードマップの具体化 キーワード：大口径（1-2mクラス）・長基線（300- 600mクラス）・多素子 中大規模光赤外干渉計の具体化 他計画との協力・共同 OHANAへの対応 国内大学グループとの共同研究：望遠鏡開発、観測 国際協力・共同：南天、撮像

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