野辺山 45 m 望遠鏡用 100 GHz 帯 2SB 受信機システムの開発

1. 第10回　受信機ワークショップ, Mar.05-06, 2010 野辺山 45 m 望遠鏡用 100 GHz 帯 2SB 受信機システムの開発 中島 拓（国立天文台・野辺山） 宮澤 千栄子、岩下 浩幸、久野 成夫、川辺 良平（国立天文台・野辺山） 片瀬 徹也、西村 淳、木村 公洋、小川 英夫（大阪府大・理） 酒井 剛、河野 孝太郎（東京大学・理） 浅山 信一郎（国立天文台・ALMA） 田村 友範、野口 卓（国立天文台・ATC）

2. 発表内容 1. 45 m 鏡用新観測システムの概要 2. 100 GHz 帯 2SB 受信機システムの開発 2-1. シングルビーム受信機 2-2. 2 ビーム受信機 2-3. マルチビーム受信機 3. 今後の展望

3. はじめに • 野辺山 45 m 望遠鏡 • ミリ波観測用としては世界最大級 • ALMA に向けて重要な観測的研究 • ALMA 時代にも重要な単一鏡 • 100 GHz 帯　⇒　IRAM 30 m 鏡 （”EMIR” ; 2SB receiver, Trx～50K, IF=4-12 GHz） • 低周波　 ⇒　GBT 100 m 鏡 （K,Ka band ; Tsys～40 K） 早急に 45m 鏡の観測システムの開発・改修が必要

4. 45 m 鏡用新観測システムの概要 HEMT 系 旧 SIS 系 2SB SIS系 S80 S100 H20 H30 H40 S40 BEARS T100 TZ 新マルチ スイッチボックス 5-7 GHz 4-8 GHz 新IF系 旧IF系 PANDA 4 GHz,3 bit AOS (WIDE) AOS (HIGH) AC45 SAM45 2 GHz x 16 0.5 GHz x 8

5. 45 m 鏡用新観測システムの概要 • 受信機、IF 系、A/Dコンバータ、分光計、 制御ソフト、解析プログラムの開発 • 高感度・広帯域受信機 • 2SB 受信機（IF=4-8 GHz） • 広帯域・高分解能分光計 • 2 GHz (4096 チャネル) x 16 台＝ 32 GHz ※特別推進研究「超広帯域ミリ波サブミリ波観測による大規模構造の 進化の研究」（代表：河野）などのサポートによる

6. 45 m 鏡用新観測システムの概要 • 望遠鏡および光学系の改修 • 日よけパネル 700 枚交換 • 主鏡パネル一部交換 • ビーム伝送系ミラー交換（検討中）

7. 100 GHz 帯 2SB 受信機の開発 ・ 45 m 望遠鏡の最高周波数として重要な受信機 ・ さらなる高感度化、広帯域化を目指す • 現 状 • １．Ｓ８０／Ｓ１００　：　片偏波シングルビーム（SSB モード） • ２．ＢＥＡＲＳ　　　　：　片偏波マルチビーム（DSB モード） 計 画　 　　１．Ｔ１００　　　　：　両偏波シングルビーム（2SB モード） →2008 年より共同利用に公開 　　２．TZ：　両偏波 2 ビーム（2SB モード） →2009 年より所内観測で試験中 　　３．新マルチ　　 ：　両偏波マルチビーム（2SB モード）　

8. 受信機開発(1)：T100 シングルビーム両偏波・2SB 受信機 • 従来の S80/S100 の後継機 • 2007 年 12 月搭載・試験運用 • 2009 年 2 月より本格運用 • 仕 様 • RF ; 80-115 GHz • IF ; 4-8 GHz x 4 系統 • Trx ; ~ 50K (SSB) • IRR; > 10 dB (Nakajima et al. 2008)

9. 従来の受信機（S100）の性能 S100の受信機雑音温度 Trx ～ 200 K

10. 新受信機（T100）の性能 • fLO=80-115 GHz に対し、Trx～50 K （従来の1/4の低雑音化に成功） (Nakajima et al. 2008)

11. サイドバンド分離比（IRR）測定装置 • 観測したいスペクトルと同じ周波数の信号を送信 • USB,LSB 出力をスペアナで測定し、IRRを算出 H. Mix. SG ホーン 同軸スイッチ USB スペアナ 楕円鏡 LSB 2SBミクサ (Nakajima et al. 2010) DEWAR

12. サイドバンド分離比（IRR）測定装置 測定時 ↓ H.Mix. SG ホーン ↑ 観測時 (Nakajima et al. 2010)

13. サイドバンド分離比（IRR）測定装置 (Nakajima et al. 2010)

14. サイドバンド分離比（IRR）測定装置 (Nakajima et al. 2010)

15. 受信機開発(2)：TZ 2 ビーム両偏波・2SB 受信機 • 現在開発中の新受信機 • 2009 年秋～搭載試験中 • 2010 年秋～本格運用予定 • 仕 様 • RF ; 80-115 GHz • IF ; 4-8 GHz x 8 系統 目 的 　　・ 点源天体の観測 　　・ どちらかのビームが必ず on 点を観測する

16. TZ 受信機の on-on 観測 on off 従来機 on off 2 on off 1 TZ受信機

17. TZ 受信機によるサイエンス 特別推進研究「超広帯域ミリ波サブミリ波観測による大規模構造の進化の研究」（代表；河野 孝太郎） 「ASTE で見出されたサブミリ銀河の CO 探査」 • サブミリ銀河探査 • 距離・年代の推定 　　　　　　　↓ z=2～4 で CO(2-1),(3-2), (4-3),(5-4) が 70-120 GHz に来る ⇒ red shift の決定 Hatsukade et al., submitted to ApJ

18. TZ 受信機ブロック図 2ビーム・両偏波・両サイドバンド • ホーン x 2 • OMT x 2 • 2SB ミクサ x 4 • IF ハイブリッド x 4 • アイソレータ x 8 • HEMT アンプ x8 IF = 4-8 GHz x 8 系統 　　　（32 GHz を出力） OMT OMT 2SB mixer 2SB mixer

19. ファーストライト１（May 23, 2009） 観測ライン ： 12CO (J=1-0) 観測天体： 晩期型炭素星 IRC+10216（CW Leo） Ta* [K] center beam offset beam

20. ファーストライト２（Dec 15, 2009） 観測天体 ： R-Cas（SiO メーザー） 観測装置 ： TZ受信機＋新IF 系＋PANDA＋SAM45

21. ビームパターンの測定結果 ビームパターンの計算値 ビーム間隔： 46 ± 3 秒 ビーム能率 ： 約 50 % ビームサイズ： 18.9 秒 土星の連続波で測定されたビームパターン

22. 定在波除去装置（PLM）の開発 • 片瀬 徹也ほかポスター • 「1.85 m 及び 45 m 電波望遠鏡に搭載する 定在波除去 装置の開発について」参照 Preliminary results

23. 受信機開発(3)：新マルチ マルチビーム両偏波・2SB 受信機 • BEARS の後継機 • 現在開発中の新受信機 • 2010 年秋～搭載試験予定 • 仕 様 • Beam; 初期：2x2 = 4 ビーム • 次期：4x4 = 16 ビーム • RF ; 80-115 GHz • IF ; 4-8 GHz • 両偏波・片サイドバンド 32 GHz 観測 旧4マルチ改造中！ 目 的 　　・ OTF との組み合わせで 高感度・高速マッピング

24. 2x2 ビーム受信機の設計 • 光学系の設計（主に大阪府立大学）

25. 2x2 ビーム受信機の設計 • 2SB ミクサの設計 • 体積比で従来の 40 % のコンパクト化 Asayama et al. (2004)

26. 4x4ビーム受信機の設計 ホーン（4x4） 2SBミクサ（32個） 偏波分離器（OMT） アンプ（64個）

27. 今後の予定 ＜TZ （2 ビーム） 受信機＞ 2009 冬～春45 m 鏡搭載試験（所内観測） 2010 春～秋実験室性能評価 　・Trx, IRR 性能の向上 　・受信機出力安定度の向上 2010 秋 科学運用（共同利用観測）開始 ＜新マルチ受信機＞ 2009 冬～春受信機性能評価（1 ビーム） 2010 秋 45 m 鏡搭載試験（4 ビーム） 2011 or 12 45 m 鏡搭載試験（16 ビーム）