GUNDAM のための近赤外線観測技術本原顕太郎＠東京大学天文学教育研究センター

近赤外線 (<2.5mm) による観測 技術的に難しいものではない

「枯れた」技術：検出器、光学系 実績も多い： HST/NICMOS+WFC3, JWST

いくつか気をつけないといけないポイント Thermal Background 衛星ならではの問題など（あまり知りませんが）

検出器 Photo-voltaic Detector III-V 族 orII-VI 族

HgCdTe : Tunable Cutoff Wavelength InSb : 5mm cutoff

Large Format Array HgCdTe

HAWAII2-RG (Teledyne) VIRGO (Raytheon)のみ

Hybrid Array Detector

http://www.ee.ucla.edu/~leosla/documents/James_Beletic_IEEE_Photonics.pdf

HAWAII2-RG Teledyne 社製 5.3mm, 2.5mm, 1.75mm cutoff から選択可能 2k x 2k format (4k x 4k も開発中 )

SIDECAR ASIC H2RG 読み出し用 Integrated Circuit A/D 変換までを行う 低消費電力

VIRGO Raytheon 社製 HgCdTe 2k x 2k ASIC 読出しシステムはない それ以外の基本性能はほぼ同じ

光学系 解像度は diffraction limit で決まる。

口径 1m ⇔ 0.4arcsec @ 2mm Larger is better

光学系 Ritchey-Chretien が主流

双曲面主鏡、副鏡 Coma Free 像面湾曲は残るので Field Flattner を入れないといけない

3 枚非球面光学系 WISH 光学系 焦点面がドーナツ 像面湾曲なし 広視野

限界感度 ノイズ = 背景光の Poisson Noise

黄道光 Scattered light Thermal emission

Dark Current Thermal emission from

the telescope Out-of-band leak of filters

宇物の矢部くんが色々と計算をしているはず

WISH estimate (Yamada et al. 2008)

Leinert+98

冷却 基本的には Thermal Background を減らすため

望遠鏡本体（鏡面を含む） Greybody 近似

: Blackbody : 反射率

Thermal Background 以外が支配的になれば十分

温度 T の exp で効く

Detector Dark Current Band-gap を飛び越える Thermal electron を減らす Cutoff 波長が短いほど小さい

2.5mm : <110K 1.7mm : <150K

Filters 誘電体多層膜コーティングによる干渉 バンド外でも 1e-5 位の透過率は残る

長波長側からの thermal emission がリークとして残る なので、視野内に高温物質があれば遮断しきれずに

background 源になりうる

分光：スリットレス分光 HST-WFC3 にも搭載 (R~130)

F150W and IR G141 with M51 image, galaxy images and Gaussians (for HII regions and stars)

Simulated direct image Simulated dispersed image

分光：スリットレス分光 グリズムを用いると多数の高次光が出る

WFC3-IR G141Ground calibration; simulated single point source

1014 pixel (full size)~130 arcsec

detector defectsCombined white light + direct image

Target positionon direct image

0th order +1st orderScience

1.1 -1.7mu

+2nd order +3rd order

どうやって冷やすのか？ Passive Cooling

宇宙 3K 放射に排熱 望遠鏡本体を 80-100K くらいまでは冷やせそう

(@ES-L2;WISH 検討 )

予測温度 要求温度主鏡 79K ~100K副鏡 132K ~100KFPI BOX

95K ~80K

FPA 91K * ~40KWISH estimate (Yamada et al. 2010)

どうやって冷やすのか？ 機械式冷凍機

スターリング冷凍機 冷凍能力は検出器部分だけを冷やすのであれば十分だろう

(SPICA で >0.3W@20K) 運用期間が問題

あかりで 1.5yr SPICA は >5yr を目標としている

軌道 宇宙だと冷える、というものではない HST

地球周回軌道 ( 高度 600km) 赤外線衛星

いかに太陽、地球から隠して冷やすか。 太陽同期極軌道 ( 高度 750km, あかり ) Earth Trail Orbit (Spitzer) Earth-Sun L2 point (150 万 km, Herschel)

望遠鏡が冷えない場合：ザク HST 相当 Direct Imaging だと Thermal Emission が大量に入ってくる 観測波長を 1.7mm までで切る

1.7mm cut-off HgCdTe 検出器 (HST-WFC3) OH 夜光がないので、地上に対するゲインは非常に大きい（というか、冷却望遠鏡と性能的にはほとんど変わらない）

UKIRT/IRCAM の背景放射スペクトル (McCaughrean88)

望遠鏡が冷えない場合：地上望遠鏡 /HST 冷却瞳を作って余分な Thermal を切る

地上望遠鏡 >2mm での感度は地上と大きく変わらない（望遠鏡温度次第） シーイング、大気吸収がないのが利点となるが… 地上大口径望遠鏡の方がマシ（望遠鏡温度をある程度 (~200K くらい )下げない限り）

スペックをどうするのか？ 波長レンジ

1.7mm cutoff? 2.5mm cutoff? 望遠鏡、検出器の温度決定 フィルター製造の問題

視野、ピクセルスケール？ 検出器の個数 望遠鏡のサイズ

望遠鏡の口径は？ 大きいと重くて高い 小さいと感度が下がって解像度も落ちる（ GRB に関係ないか）

JANUS は口径 0.55m (0.8arcsec resolution), 1.7mm cutoff