WFGS2偏光モードの開発
川上碧、戸塚都、高橋隼、伊藤洋一（兵庫県立大学）
1.広視野グリズム分光撮像装置 (Wide Field Grism Spectrograph 2)

名古屋大学が開発した可視光分光撮像装置 (Uehara et al., 2004)。
ハワイ大学2.2m望遠鏡で運用されていたが、2017年に兵庫県立大学西はりま天文台に移管され、2mなゆた望遠鏡のカセグレン焦点で運用されている。

基本性能

4.偏光の導出

天体画像の明るさ(flux)から偏光度Pと偏光方位角θを計算する。
偏光は横軸をq、縦軸をuとしたQU平面で表すことができる。qは0°-90°方向の偏光、uは45°-135°方向の偏光を表す。この時、偏光度Pは原点から観測点までの距
離、偏光方位角θは偏光度の直線とｘ軸のなす角の半分で表される。
直線偏光のストークスパラメーターの導出には以下の式を用いた。

項目内容
波長域380-970nm
サイエンスカメラ 種別: 冷却CCDカメラ
製品: FLI PL23042-1-B
ピクセル数: 2048(H)×2064(V)
ピクセルサイズ:15 μm ×15 μm
撮像視野
6.76分角 ×6.81分角
ピクセルスケール 0.198秒角/pixel
フィルター
広帯域: g', r', i', z', B(new), V, Rc(new), Ic
狭帯域: wide-Hα(有効波長:651.5 nm / 波長幅:25 nm )オーダーカット: LWP(透過波長 > ~470 nm)
波長分解能
R~300(グリズム＝g300)

𝐼𝑒,0° 𝐼𝑜,45°, 𝑅𝑢 =𝐼o,0° 𝐼𝑒,45°𝑅𝑞 =𝐼𝑒,22.5° 𝐼𝑜,67.5°
𝐼o,22.5° 𝐼𝑒,67.5°

1 − 𝑅𝑞
1 − 𝑅𝑢𝑞=,𝑢 =
1 + 𝑅𝑞
1 + 𝑅𝑢q,uより、偏光度P,偏光方位角θは以下のように表される。

q
QU平面5.性能評価↑WFGS2

アパーチャーマスク
望遠鏡焦点面（アパーチャーマスク）

望遠鏡や装置によって発生する偏光を器械偏光という。これを評価するために無偏光標準星を観測した。無偏光標準星とは一般には偏光度が0.1％以下の星である。
また、偏光度の正確性を評価するために、強偏光標準星を観測し、偏光度の誤差と等級・積分時間の関係を求めた。
観測は西はりま天文台2ｍなゆた望遠鏡を用いて行われた。2020/10/20～2020/11/17までの6夜、V(550nm),B(440nm)バンドで無偏光標準星を7天体、強偏光標準星を4天体観測した。観測天体はSchmidt et al. (1992)の天体リストより選択し、V等級2.27～10.34等の天体である。
●無偏光標準星の解析結果を以下に示す。
偏光度P - B band

偏光度P - V bandu

光u0.0250.020.015

0.010.005

0-0.005-0.01-0.015-0.02q-0.025

0.01

0.008

0.006

0.004

0.002

0-0.002-0.004-0.006-0.01-0.008フィルタ―・グリズムホイール

WFGS2による偏光観測

Θ=0,22.5,45,67.5

2θ

tan 2𝜃 = 𝑢/𝑞

半波長板ユニット

ウォラストンプリズムP

𝑞2 + 𝑢2

𝑃=2.偏光モードの光学系

半波長板ユニットuq

異常光（e）：Ie(θ)
常光（o）：Io(θ)

天体
ウォラストンプリズム

HD21447_1020
HD14069_1020
betCas_1020
BD+32d3739_1030
zetPeg_1117

3.偏光撮像モードの開発
A.半波長板ユニット

偏光観測では4方向の偏光成分の明るさが必要となる。半波長板の角度を0,22.5,45,67.5°に回転させるための回転ステージを取り付けた。
また、偏光モードと撮像・分光モードを切り替えるため半波長板を出し入れさせる直動ステージを取り付けた。

半波長板

ウォラストンプリズムは入射光を二つの直交する直線偏光成分に分離するプリズムである。今回は方解石ウォラストンプリズムを使用した。また、プリズムを取り付けるためのホルダーの製作をした。

C.アパーチャーマスク

ウォラストンプリズムによって分けられた像を検出器上で重なることなく結像させるために、望遠鏡焦点面にアパーチャーマスクを取り付けた。マスクの大きさは光学系の拡大率によって決定した。
西はりま天文台NICの観測視野
光学系の拡大率＝0.65倍HD21447_1111
betCas_1111
HD14069_1111
HD212311_1030
average=0.0135★天体名_観測日

B bandV band200

y = 1.94x - 253.66

150

1005050

0050

100

150

y = 2.00x - 261.76

1501002θ

B.ウォラストンプリズム（偏光分離素子）

HD21447_1027
betCas_1027
HD14069_1027
ksi02Cet_1029
zetPeg_1117

器械偏光はVバンドで0.62±0.04％、Bバンドで1.35±0.08％であることが分かった。
また、偏光方位角はカセグレン焦点の装置ローテーターの角度に依存して変化することが分かった。
200↑半波長板ユニット

HD21447_1030
HD14069_1111
ksi02Cet_1029
HD212311_1030
average=0.0062

2002502θ

半波長板

0-50-50-100-100-150-150-200-2000

ローテーターの角度

50100

150

200

ローテーターの角度-180°＜2θ＜180°●また、強偏光標準星の解析から、偏光度の誤差σP と等級𝑚・総積分時間𝑇の関係を調べた。
例）
・V等級10mag、総積分時間500secの時、総カウント数は1.0e+8、偏光度の誤差は0.04%
・V等級15mag、総積分時間1200secの時、総カウント数は2.4e+6、偏光度の誤差は0.20%↓強偏光標準星の偏光度Pと偏光方位角θ

24秒角x69秒角

バンド

単位:mm

↑アパーチャーマスク設計図↑WFGS2偏光モードの観測視野
6.81分角×2.90分角

References
・ Schmidt et al., 1992, AJ, 104, 1563
・Uehara et al., 2004, SPIE., 5492, 661
・高橋, 2019, Stars and Galaxies, 2, 3250

VB

天体名

P 観測値 %

P 文献値 %

θ 観測値 (°)

θ 文献値 (°)

HD19820

4.789±0.010

4.787±0.028

114.45±0.08

114.93±0.17

BD+59d389

6.633±0.034

6.701±0.015

97.52±0.09

98.09±0.07

BD+64d106

5.540±0.019

5.687±0.037

97.58±0.18

96.63±0.18

HD204827

5.523±0.014

5.322±0.014

58.30±0.05

58.73±0.08

HD19820

4.690±0.037

4.699±0.036

114.96±0.21

115.70±0.22

BD+59d389

6.272±0.044

6.345±0.035

98.18±0.21

98.14±0.16

BD+64d106

5.557±0.057

5.506±0.090

98.20±0.34

97.15±0.47

HD204827

5.658±0.019

5.648±0.022

57.85±0.18

58.20±0.11