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「三つ目」望遠鏡 ガンマ線バースト残光の 可視・近赤外同時撮像観測計画

「三つ目」望遠鏡 ガンマ線バースト残光の 可視・近赤外同時撮像観測計画. 明野 50cm 光学望遠鏡の現状. 河合誠之、　小谷太郎、　佐藤理江、　谷津陽一、　下川辺隆史、 片岡淳、　鈴木素子、　有元誠（東工大） 渡部潤一 、福島英雄（国立天文台 ) 、　 森正樹 ( 東大宇宙線研） 柳澤顕史、 吉田道利、清水康広、　 長山省吾 、　稲田素子、　服部尭、　 沖田喜一、小矢野久、泉浦秀行、　岡田隆史、渡邊悦二（国立天文台岡山 ) 、 太田耕二（京都大）、　吉田篤正（青山学院大）、. 学術創生研究 （ P.I. 河合誠之）

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「三つ目」望遠鏡 ガンマ線バースト残光の 可視・近赤外同時撮像観測計画

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Presentation Transcript

  1. 「三つ目」望遠鏡 ガンマ線バースト残光の 可視・近赤外同時撮像観測計画 明野50cm光学望遠鏡の現状 河合誠之、　小谷太郎、　佐藤理江、　谷津陽一、　下川辺隆史、 片岡淳、　鈴木素子、　有元誠（東工大） 渡部潤一、福島英雄（国立天文台)、　森正樹(東大宇宙線研） 柳澤顕史、吉田道利、清水康広、　長山省吾、　稲田素子、　服部尭、　 沖田喜一、小矢野久、泉浦秀行、　岡田隆史、渡邊悦二（国立天文台岡山)、 太田耕二（京都大）、　吉田篤正（青山学院大）、

  2. 学術創生研究 （P.I.河合誠之） 「ガンマ線バーストの迅速な発見、観測による宇宙形成・進化の研究」 GRB残光地上観測 + GRB斥候衛星開発 • GRB残光自動観測システムを構築中 • 岡山観測所: 50cm光学望遠鏡/3色カメラ91cm近赤外望遠鏡/広視野カメラ • 東大宇宙線研明野観測所:50cm光学望遠鏡/3色カメラ • 研究の目的： • 高赤方偏移ガンマ線バーストの探索、GRB光度曲線の測定 • 50cm光学望遠鏡 • 波長域、視野、検出限界、試験観測画像 • 3色カメラ • 構造、予想性能 • 明野50cm光学望遠鏡 • まとめ

  3. GRBの宇宙線研究に対する重要性 • G~1000 超相対論的ジェット 最高エネルギー宇宙線の加速源? ニュートリノ源？　重力波源？ • 中心核崩壊型超新星の理解に不可欠 • (銀河系内宇宙線の加速源？） • 宇宙初期：いつから宇宙線はあったのか？ • 高赤方偏移GRB？

  4. 衛星通報対応ロボット望遠鏡 本研究の目標 • ガンマ線バーストの初期残光を可視・近赤外バンドで同時多色撮像･測光する • 多色測光によるGRBの赤方偏移決定 • 宇宙創生以来のGRB発生率（大質量星の生成率）の歴史星、銀河の生い立ち • GRB energetics • GRB cosmology • 多色同時の光度曲線 • Jet break とCooling breakの検出、識別G, B, eB, ee, n • 短時間変動の計測 • 逆行衝撃波成分 (閃光) の検出

  5. ガンマ線バーストの情報伝達 ガンマ線バースト 位置情報 観測 インターネット インターネット 観測衛星 岡山 地上局 明野 その他 観測施設 衛星運用センター ガンマ線バースト 連携ネットワーク

  6. 21:43 23:47 t0+1.1 hr t0+3.2 hr 01:54 03:18 t0+5.3 hr t0+6.5 hr GRB030329（東工大屋上）

  7. Fireball scenario of GRBs Piran 2003

  8. GRB041006 with the Wide-Field Simultaneous 3-band Imager on the TIT-OAO GRB 50cm telescope 9 arcmin. V-band R-band I-band DSS2 V Date-obs: 2004-10-06T14:41-14:51(UT), Exposure=600sec(30sec×20frame)

  9. Supernova connection established GRB030329/SN2003dh Stanek et al. 2003 also Fynbo et al. Kawabata et al.

  10. 残光の光度曲線

  11. log flux log time Jet Break opening angle » G-1

  12. GRB030329 Lipkin et al. 2003

  13. GRB with fast declining optical flash GRB021211 Fox et al. (2003) 1 min

  14. GRB発生率の歴史

  15. 現在の観測 宇宙開闢以来の星生成の歴史 経過時間 1億年 5億年 10億年 130億年 　（現在） ガンマ線バーストを 観測可能 星生成率（対数目盛） 星生成率 ガンマ線バーストによって星生成史を観測的に検証 理論による推定

  16. 高赤方偏移GRBは検出できるのか？ early afterglow of GRB 000131, as observed one day after the burst 15 GRBs with well-determined redshifts Lamb and Reichart 2001

  17. 赤方偏移=９ 赤方偏移=５ 赤方偏移=７ どうやって 距離を 決めるか？ 水素によって 吸収されている 　　　赤方偏移=３の遠方銀河 相対強度 ライマンドロップ法 銀河間空間の水素ガスによる吸収を利用 （赤方偏移した 　ライマン吸収端より 　短波長側は見えない） 200 400 600 800 1000 観測波長 (nm) ビッグバン後10億年以前　（赤方偏移＞１０） ライマン吸収端の波長＞1μm →近赤外線領域

  18. 観測地の選定 • 空が暗い • 晴天率が高い • 通信・電力などの基盤設備 • 支援設備・人員　(宿泊、工具、給食、…) • 天候リスクの分散：距離をおいた複数地点 • アクセス良好 • 低費用 • 国立天文台岡山天体物理観測所  東大宇宙線研究所明野観測所

  19. 観測システムの設計方針 • 自動化可能なシステムとする • PC (Linux)による全体制御 • 動力要素、センサーすべてPCで統括 • スケジュール観測可能 • GCN Alert 割り込みに対応 • 無人観測に対応 • 気象変化に自律対応(降雨、停電、強風） • 安全対策(部外者も含む) • ドーム内外の遠隔監視 • 迅速な観測・解析が可能 • ドームと望遠鏡の高速駆動 • 高速読み出し (1 M pix/s) CCDカメラ • ADSLを用いた広帯域ネットワーク（VPN)で東工大と結ぶ

  20. 観測自動化 • GRB位置速報への即時対応 • GCN(GRB Coordinate Network)に Unix socket で常時接続 • 東工大直結高速ネットワーク(ADSL)の新設 • 高速導入・高速撮影 • 高速回転ドーム • 高速指向赤道儀 • 広写野 (30分角)、広視野光学系　(F/6) • 高速CCDカメラ　（1024x1024 画素：1秒で読出し) • データの即時転送　(高速ネット)

  21. GRB望遠鏡に要求された光学仕様 • ●　要求 • 広い視野（20分角以上） • 多色観測（3色） • 大口径　 (40cm以上) • 市販CCDカメラAlta U6を利用（読み出し 1 sec） • ●　解決法 • 50cm　カセグレン光学系 ＋　コマ収差補正レンズ • 3色同時撮像カメラ（ダイクロイックミラー　＋ 広帯域フィルター） • F/6 でしかも、フランジバックを 325 mm（！）もとっている。

  22. 主鏡 有効直径　500 mm 焦点距離　3000 mm 鏡材　　　　ゼロデュア 鏡面処理　Al + SiO2コート 有効視野　30分角 結像性能　視野内で　43mm以下 観測波長　400－950 nm 副鏡 有効直径 160 mm 鏡材　　　　ゼロデュア 鏡面処理　Al + SiO2コート 架台 形式　　フォーク式赤道儀 導入精度　>2’ (30度以内) 駆動速度　最大　3度/秒 制御系 オープンループ制御 PC + 制御ボード RS232Cにより外部より制御 光学系 非球面+球面＋補正光学系 重量　約1000 kg (株)昭和機械製作所　製 望遠鏡の仕様

  23. カバーする波長域と、装置の割当 V R I z J H Ks 可視カメラ 近赤外カメラ

  24. 可視カメラ FOV: 26‘×26 ’ NIR Camera 近赤外カメラ FOV: 56‘×56 ’ Optical Camera 可視、近赤外カメラがカバーする視野 衛星による位置精度が低くても 十分補足できる REM

  25. 3色カメラ外観

  26. CCD Camera U6 (Apogee) 24 um x 24 um/pix 1024 x 1024 Readout : 1 sec ダイクロ 1 T: > 0.72 um R: < 0.72 um 広帯域 フィルター R-band I-band ダイクロ 2 T: > 0.58 um R: < 0.58 um V-band 金鏡 3色同時撮像カメラのレイアウト 入射光

  27. 3色カメラと望遠鏡

  28. GRB041006 with the Wide-Field Simultaneous 3-band Imager on the TIT-OAO GRB 50cm telescope 祝！初GRB検出 9 arcmin. V-band R-band I-band DSS2 V Date-obs: 2004-10-06T14:41-14:51(UT), Exposure=600sec(30sec×20frame)

  29. 明野50cm光学望遠鏡 • サイト • スケジュール、現状 • 運用システム、体制 • 試験･調整 50 cm VRI

  30. ドーム半径4m 観測室高さ1.7m 回転速度　　40秒/1回転 スリット幅　　1.3 m スリット開閉速度　20秒 操作：手元操作盤(local)および遠隔操作(remote) 雨センサー装備 無停電電源装備 降雨または停電でスリット自動閉扉 アストロ光学(株)製 操作種類 Remote/Local 切り替え 右回転 左回転 スリット扉開 スリット扉閉 出力信号 スリット扉全開/全閉 原点スイッチ 回転エンコーダー 雨センサー Remote/Local 主異常 スリット異常 ドームの仕様

  31. 場所: 宇宙線研究所明野観測所 ME1 本館

  32. 建設前 (μ観測小屋 ME1) 東 北 ME1 西 南 民家

  33. 建設後：明野50ｃｍ望遠鏡ドーム

  34. ＤＢ ＤＢ １．フレッツＡＤＳＬを利用したネットワーク 山梨県明野村 宇宙線科学研究所 東京工業大学　様 ① ADSL ﾓﾃﾞﾑ ② ③ ADSL ﾓﾃﾞﾑ 地域IP網 ﾌﾚｯﾂｸﾞﾙｰﾌﾟｱｸｾｽﾗｲﾄ ランニングコスト試算表（イニシャルコストは別途） ①研究所側フレッツADSLモアⅡ３回線 　（最高速度２４M・専用タイプ・モデムレンタル）　　　　　　　　　　　　 月額 　　 １６，１７０円（１回線５，３９０円） ②フレッツグループアクセスライト４回線分　　　　　　　　　　　　　　　　月額　　　 ２，８００円（１回線　　７００円） ③大学側フレッツADSLモアⅡ 　（最高速度２４M・専用タイプ・モデムレンタル）　　　　　　　　　　　　 月額　　　 ５，３９０円 月額合計　 ２４，３６０円　　　　　　　　　年額　　２９２，３２０ 円

  35. 明野50cm望遠鏡と取得した画像

  36. 19:15:0 +10.30. . Alert . Master PC 架台PC 東工大 監視PC 撮像PC 制御系統図 気象センサー 雨センサー 独自SIO GCN (GRB速報) スリット ドーム制御部 回転 宇宙線研 (柏) Ethernet 望遠鏡監視カメラ ISDN 128 Kbps ドーム監視カメラ UPS NTSC 明野観測所 視野監視カメラ Internet USB 光 ファイバー 傾斜リミット スイッチ 天体撮像用 CCDカメラ 望遠鏡 駆動部 PIO FletsADSL PIO UPS UPS RS232C 0.3 Mbps x 3 8 Mbps

  37. 観測装置の保護と監視 • 落雷対策：電源、電話線に雷サージ保護装置 • ドームスリット自動閉鎖機能(降雨、停電) • 気象モニター：風、湿度、温度を監視 • ドーム内外の監視カメラ • 筒先カメラによる雲およびスリット状態監視 • 2系統独立ネットワーク • 望遠鏡駆動の3重リミット（software/hardware) • 地元協力者による緊急時対応

  38. RA 19:15:0 DEC +10.30 Dome open. 架台 PC Windows 1. 手動観測の場合 雨センサー 視野監視カメラ USB 撮像 PC Windows GRB スリット ドーム制御部 回転 • 　カメラ冷却 • 　天体撮像 HETE-2 UPS CCD カメラ GCN PIO 望遠鏡駆動部 • 望遠鏡操作 明野観測者 が全体制御 PIO • 　ドーム回転 • 　スリット開閉 明野観測所

  39. 撮像 PC Windows RA 19:15:0 DEC+10.30 Dome open. RA 19:15:0 DEC+10.30 Dome open 2. リモート観測の場合 雨センサー 気象センサー VNC 独自SIO GCN 監視 PC Windows スリット ドーム制御部 回転 Ethernet 望遠鏡監視カメラ ドーム監視カメラ UPS NTSC 視野監視カメラ • 遠隔操作 • カメラ冷却 • 天体撮像 傾斜リミット スイッチ USB CCDカメラ Linux Windows • 遠隔操作 • スリット開閉 • ドーム回転 PIO • 遠隔操作 • 座標導入 架台 PC Windows 東工大観測者 が全体制御 明野観測所

  40. 撮像 PC Linux RA 19:15:0 DEC+10.30 Dome open. . 3.自動観測の場合 雨センサー 気象センサー 独自SIO VNC 監視 PC Windows 監視 PC Linux スリット ドーム制御部 回転 Ethernet 望遠鏡監視カメラ 東工大 ドーム監視カメラ UPS NTSC GCN 視野監視カメラ PC (telcon) が全体制御 傾斜リミット スイッチ • カメラ自動冷却 • 天体自動撮像 USB telcon CCDカメラ • スリット自動開閉 • ドーム自動回転 PIO 制御 PC Linux 架台 PC Windows • 座標自動導入 RS232C UPS UPS 明野観測所

  41. テスト撮影 V・R・I各バンド 露出60秒ｘ20枚 画面右下の星像が放射状に伸びている。

  42. 視野周辺での収差 6arcmin (224pix)

  43. GRB望遠鏡ミーティング＠OAO 2003/09/29 Yanagisawa (OAO/NAOJ) ハルトマン試験 収差ベクトル（δi）：　最小錯乱像面における「ｉ番めの光線の、 　　　　　　　　　　 光軸との距離」 単位は、[mm] ハルトマン定数: 収差ベクトルの平均値を角度の秒で表した数値。

  44. GRB望遠鏡ミーティング＠OAO 2003/09/29 Yanagisawa (OAO/NAOJ) 収差ベクトル図 収差ベクトル（δi）：　最小錯乱像面における「ｉ番めの光線の、 　　　　　　　　　　 光軸との距離」 単位は、[mm] 収差ベクトル図： 　個々の収差ベクトルを、ハルト マン板の各孔を基点として描い た図。 　ベクトルの2次元分布から、光 学系のもつ収差を吟味できる。

  45. GRB望遠鏡ミーティング＠OAO 2003/09/29 Yanagisawa (OAO/NAOJ) 代表的な収差ベクトル図の解釈方法

  46. ハルトマンテスト(１) コマ・フリーセンターを求めるため、視野を振って撮影 In 40mm Out 40mm 一部のスポットが隠れていることが分かった。 イメージサークルの端でケラれている？

  47. ハルトマンテスト(２) 視野中心でのハルトマン定数は副鏡のシフト±6.00mm 全域で1.0arcsec以下。（Best：0.677arcsec）

  48. 架台の機械特性 • 導入精度　・・・現状で５arcmin以内(ソフトウェアによる補正有り。これから詳しく調査)。 • 追尾精度　・・・ 60秒露出の画像をy方向にシフトして足し合わせ。 -周期5分(288歯?) -全幅　~2pix @Dec=33° (1 pix = 1.6”) ⇒ periodic error ~±2arcsec 全幅 ~ 2pix

  49. 望遠鏡 ハルトマン試験の解析 フィルターアダプター、ドローチューブの改善 追加ハルトマン試験 追尾性能試験 導入精度試験 フォーカスの温度依存性の測定、解析 ドームフラットの製作 望遠鏡指向補正 三色カメラ 光学系調整（焦点、視野合わせ） 光学系性能試験 限界等級測定 撮像ソフト整備 高感度カメラ導入の検討 ドーム、運用系 気象データの解析 エアコンリモート制御 監視カメラ画像データベース I/F Box UPS整備 監視カメラの落雷対策 観測・解析系 自動観測プログラムのデバッグ 標準測光システムへの変換係数の測定 データ保存ディスクの整備 データ自動転送 変光天体検出プログラム ToDo List

  50. Swift • 100～150 GRB/year • 位置精度：　（数秒後　BAT）　数分角　　　　　　　　（数分後 XRT）　数秒角 • 自身で追跡観測　（数分後に衛星を転回） • XRT 0.4 –10 keV • UVOT --- 赤外はなし • 打上：　2004年11月20日 • ほぼ順調に観測装置の立ち上げ中 • 最初のGRB位置通報： 2004/12/17 • Swift Follow-up Team に加入

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