Cherenkov Telescope Array(CTA)計画:全体報告(7)窪秀利（京都大学）

CTA-Japanメンバー（99名）手嶋政廣A，B，窪秀利C，戸谷友則D ，浅野勝晃A，井上剛志E，井岡邦仁F，井川大地G，石尾一馬A，井上進A, B，井上芳幸H，猪目祐介I，内山泰伸J，梅津陽平G，大石理子A，
大岡秀行A，大平豊K，荻野桃子A，奥村曉L, M，小野祥弥N，折戸玲子O，加賀谷美佳N，格和純P，片岡淳Q，片桐秀明N，掃部寛隆I，河島孝則L，川中宣太D，木坂将大F，櫛田淳子G，郡司修一R，郡和範F，小島拓実A，
小谷一仁G，小山志勇S，今野裕介C，齋藤浩二A，齋藤隆之C，榊直人A，佐野栄俊T，澤田真理K，柴田徹K，高橋慶太郎U，高橋弘充P，高橋光成A，高見一F，田島宏康L，立原研悟T，田中周太A，田中孝明C，田中康之P，
田中真伸F，千川道幸V，長紀仁N，辻本晋平G，土屋優悟C，鶴剛C，寺田幸功S，當真賢二W，門叶冬樹R，友野弥生G，鳥居和史T，内藤統也X，中嶋大輔A，長瀧重博Y，中森健之R，中山和則D，永吉勤S，西嶋恭司G，野田浩司A, B，畑中謙一郎C，花畑義隆A，早川貴敬T，林田将明A，原敏X，馬場彩K，日高直哉L，平井亘G，広谷幸一A，深沢泰司P，深見哲志A，福井康雄T，福田達哉T，藤田裕Z，増田周C，松岡俊介S，松本浩典aa，水野恒史P，村石浩ab，村瀬孔大A，森浩二ac，柳田昭平N，山崎了K，山本常夏I，山本宏昭T，吉池智史T，吉越貴紀A，吉田篤正K，吉田龍生N，李兆衡H
東大宇宙線研A，Max-Planck-Inst. fuer Phys.B，京大理C，東大理D，国立天文台E，KEK素核研F，東海大理G，宇宙研H，甲南大理工I，立教大理J，青学大理K，名大STE研L，レスター大M，茨城大理N，徳島大総科O，広大理P，早大理工Q，山形大理R，埼玉大理S，名大理T，熊本大理U，近畿大理V，東北大理W，山梨学大X，理研Y，阪大理Z，名大KMIaa，北里大医療衛生ab，宮崎大工ac

CTA Consortium
２9か国 >1200名

日本天文学会秋季年会

山形大学

2014/9/12

大気チェレンコフ望遠鏡による超高エネルギーγ線観測
MAGIC

Cherenkov Telescope Array (CTA)計画

カナリア諸島VERITAS
USアリゾナHESS
ナミビア

CANGAROO
オーストラリア

TeVCatカタログ
一桁高い感度1５１ソース検出広帯域化(20GeV-100TeV以上)
角度分解能3倍(2分@1TeV)>1000個のソース検出期待CTAで狙うサイエンス
観測天体

連星系

超新星残骸
Hester+

銀河団

活動銀河核

ガンマ線バースト

NASA/Fermi

短時間変動

パルサー・星雲

Fermiバブル

PKS2155-304
Aharonian+(2007)

放射機構、粒子加速機構

ローレンツ不変性検証

暗黒物質対消滅γ線探索
宇宙線起源

赤外・可視背景放射→宇宙の星形成史

大気チェレンコフ望遠鏡配置
LST
口径23m

南北に２ステーション⇒全天観測サイト選定中20 GeV－1 TeV

南半球
北半球
MST12m

SCT10m0.1－10 TeV
台数
サイト

LST

MST

SCT

SST

南半球

４２５３６７０

北半球

４１５

SST ～4m 1－100 TeV

大口径望遠鏡（LST）仕様
 観測帯域 20 GeV – 1 TeV
 望遠鏡構造
 口径 ２３ｍ
 鏡面積 ４００ｍ２
 焦点距離 28m
 鏡配置：放物線上
等時性＜0.6ns(r.m.s)
 総重量 100トン
 回転速度
１８０°/20秒←ＧＲＢなどの観測 鏡能動制御 トラッキング精度
２０秒

主焦点カメラ 視野 4.5度 (225cm)
 光電子増倍管 1855本 (0.1度/ピクセル)LSＴプロトタイピング－国際協力体制－
 日本グループ―カメラ・鏡 開発の中心的役割

カメラ(日西独)

カメラサポート
構造(仏)
有限要素法解析

反射鏡＋アクチュエータ制御(日瑞)

望遠鏡
ドライブ
(スペイン)
望遠鏡構造 (独)日本グループによるLSＴプロトタイピング
 反射率測定(29枚)1.5m鏡

 鏡耐久性評価
 鏡支持構造設計

Peak～94%
Cr+Al+SiO2+HfO2+SiO2

 鏡面形状測定法開発
PSF

日本グループによるLSＴプロトタイピング
 アクチュエーター制御

 カメラ窓試作
透過率1.3m試作→2.5m

集光率(a.u.) ライトガイド試作

入射角

 光電子増倍管 2千本 較正試験中（永吉講演）
 高速パルサー開発（猪目講演） アナログメモリを用いたGHz波形サンプリング回路の開発⇒年度内量産開始（増田講演） DAQ構築（サーバー・Switch）

LST建設スケジュール・予算
2012

2013

2015

2014

2016

2017

2018

2020

2019

2021

J FMAMJ J ASOND J FMAMJ J ASOND J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D

PP-Period

FP7 EU Preparatory Phase

Design Phase

Design Phase

Prototype of Elements

Prototype of elements
PTDR

Preliminary TDR
Second Review

RR

Internal Reviews

RDraftTech. Design Report

TDR
CDR

Critical Design Review

1st Telescope

Prototyping / Construction 1st Telescope
Production of 1st LST elements

Production of 1st LST
Quality Control

Quality Control

Integration

Integration Tests

Shipment

Shipment●Foundation Ready
Installation on site

Installation

Comissioning

現在First Light

Evaluation

Commissioning

●

１号機稼動

Evaluation

Construction Phase

Construction
Production Telescope 2

Element Production

Production Tel. 3
Integ. 2

Integration
Shipment

Ship. 2

Installation on site

Inst. 2Comissioning
Site Decision

FinanceFinance

Production Tel. 4
Integ. 3
Ship. 3Inst. 3
C. 2●

●Production Tel. 6

Production Tel. 5
Integ. 4
Ship. 4Inst. 4
C. 3

Integ. 5

Integ. 6

Ship. 5Inst. 5
C. 4

Production Tel. 8

Production Tel. 7●Ship. 6
Inst. 6
C. 5Integ. 7
Ship. 7Inst. 7
C. 6Integ. 8
Ship. 8Inst. 8
C. 7

Partial Operation

C. 8● Full Operation

For the first telescope
For the full construction

 1号機要素量産：2013-2015年 → 現地建設：2016年1Q～→ ファーストライト：2016年3Q →アレイ部分観測：2018年～→ フルアレイ観測：2020～2040年、公開天文台。
 最終仕様策定中（Technical Design Report, Review) 予算 日本：特別推進(～2017/3)他、全体予算の20%貢献を目指す
ドイツ：建設費の予算化始まる

MST

Davies-Cotton型 (欧州)

口径12mメカニカルプロトタイプ建設＠ベルリン
 鏡（プロトタイプ＋ダミー）＋カメラ（ダミー） 鏡能動制御 試験
 望遠鏡駆動 試験
カメラプロトタイプ

PMT+アナログメモリ方式

PMT+FADC方式
1/12モデル(144素子)

SCT Schwarzschild-Couder型 (USA＋名大)カメラ
視野８度
11328素子

Secondary mirror（D=5.42m）

アナログメモリによる波形記録

トリガー評価（名大）MAPMT⇒MPPC(Geiger-mode APD)
性能評価（名大） 鏡形状設計中 鏡方向制御システム開発中

Primary mirror（D=9.66m）

SST－3タイプ－
 Davies-Cotton型(欧)口径４ｍ
カメラ：視野９度
MPPC1296素子+250MHz-FADC

プロトタイプ@Krakow

鏡・アクチュエーター試作

 Schwarzschild-Couder型(欧)

口径4+2mMPPCカメラ

口径4.２+1.8m
MPPC/MAPMT
カメラ（名大他）

サイエンス検討+シミュレーション－系内天体－
 Key Science Project（CTA Consortiumが持つ観測時間を使った大規模観測計画。CTA全観測時間の30－50%、～500－1000時間以上/計画/10年）の具体的検討始まる。
日本グループによる計算結果の例
 SNR RXJ1713.7-3946
 Pulsar
Vela
CTA 50 hr

50 hr

CTA 40 hr

0.01

0.1

1 [TeV]

Geminga
50 hr

実線 hadronic/leptonic=0.1
点線 leptonic
0.01

0.1

[TeV]

サイエンス検討+シミュレーション－系外天体－
 Cen A core

Fermi

H.E.S.S.

CTA

115 hrEbreak～4 GeV
Sahakyan+(2013)

・0.5 hr・1 hrPetropoulou+(2014)

 M31
 GRB
GRB 130427A (z=0.34)

Fermi
Γ=2.2
Abdo+(2010)

CTA
100 hr

観測モード検討

その他blazar, surveyなどに、日本グループ大きく貢献まとめ CTA計画：大(23ｍ)中(10-12m)小(4m)口径からなる大気チェレンコフ
望遠鏡群を南北サイトに設置（サイト選定中）。20 GeV-100 TeV領域
で従来より一桁良い感度。29か国 1200名以上国際協力。
 現在、望遠鏡プロトタイピング進行・最終仕様策定中
 201６年1Q ～ 現地建設
 2016年3Q
大口径望遠鏡(LST)1号機のファーストライト
 2018年～
アレイ部分観測 2020年～
フルアレイ観測 日本グループは、主に大口径望遠鏡の開発・製作で中心的な役割
 光学系
 高精度分割鏡開発、表面形状測定法開発
 アクチュエータ制御系開発、カメラ窓・ライトガイド試作
 カメラ
 光電子増倍管 2千本 較正試験中
 GHzサンプリング読出し回路－試作機試験中⇒年度内量産開始
 さらにデュアルミラー望遠鏡用MPPC+読出し回路、シミュレーション、サイエンス検討(現在特にKey Science Project検討)などで活躍。