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すばる望遠鏡ー2020-2030年代の戦略
2019年9月13日
吉田道利
国立天文台ハワイ観測所長
2019/9/13

すばる望遠鏡の現況

2019/9/13

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すばる望遠鏡の現況【共同利用状況】

年間約240夜を国際共同利用に提供して、順調に進行中。
観測プロポーザル競争率（2017年～2018年）：平均約4.5倍
国内大学院生が提案したプロポーザルの採択数：194件（海外を含む全採択数：1660件）【共同利用実績】

共同利用観測者数（2000年～2018年）延べ15,920名（うち海外研究者4,066名）【国際連携】

オーストラリア：約1億円の出資を受け、観測装置を共同開発（2017年～2018年）
共同利用実績

観測者数

申請夜数

600
国立大

1.2%

18.5%

公立大
私立大

2.0%

47.0%

NAOJ

採択夜数

倍率

8.0

500

6.0
400

夜数

0.1%

(申請・採択夜数）

300

4.0

JAXA

27.2%

他の国内機関民間

0.4%

2019/9/13

3.7%

海外

200

2.0
100
00.0

倍率

所属機関別

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すばる望遠鏡の現況• 最近の科学的成果

すばるが明らかにしたダークマターの3次元分布• ダークマターの広域3次元マップ
これまでにない広さと解像度でダークマター分布を明らかに宇宙の構造形成の歴史を解明• 赤方偏移4（約110億光年）以上の遠方銀河を約60万個検出
初期宇宙における銀河進化の様子を明らかに• 中性子星連星合体からの重力波GW170817の光赤外追跡観測に成功
宇宙におけるrプロセス元素の起源に迫る
すばるが捉えた中性子星合体からの光赤外放射• 超広視野主焦点カメラ（HSC）を用いた大規模サーベイ（HSC-SSP)• 2015年～2020年。すばる望遠鏡の観測時間を300夜投入。最大1400平方度の天域を探査• 現在約75％終了。第二次公開データリリース（2019年5月）完了。

• 観測装置開発

近赤外ドップラー分光器（IRD）をアストロバイオロジーセンターと共同で完成
2018年後半より共同利用を開始

超広視野多天体分光器（PFS）をIPMU、プリンストン大学等、7か国で国際共同開発中（2022年観測開始予定）
最初のコンポーネント（Metrology Camera）がハワイに到着望遠鏡に装着して試験中• 国際連携オーストラリアから約1億円の出資（含in-kind）で共同開発（2017年～2018年）
広視野高解像度赤外線観測装置（ULTIMATE）の基礎開発
2019/9/13

インド、カナダ、アメリカと国際共同運用について検討中完成したIRD5

すばる望遠鏡観測による論文
観測開始直後から、多数の論文を生産し続けている•

望遠鏡1台当たりの論文出版数••

世界の8～10m望遠鏡と比較しても、論文数は常にトップクラス。
超広視野主焦点カメラHSCの膨大なデータで、今後大幅な伸びが期待できる。
総論文数1948（2018年末時点）、うち Nature/Science に28本。
すばるデータを使った博士論文（国内）は148本。日本の研究者養成に大きく貢献

180
160
140120Gemini100

Keck80

VLT

60

CFHT

40

Subaru2001

2019/9/13

3579111315

観測開始からの年数

1719215

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すばる望遠鏡の観測成果

ダークマターの正体に迫る•ダークマターの3次元分布（大栗他、2018）

超広視野主焦点カメラHSCを使って2000万個以上の銀河を撮影。重力によって光がゆがむことを利用して、見えない物質ダークマターの3次元分布を、観測史上最も広い範囲で明らかにした。
→ 宇宙の物質集積の歴史を紐解くカギ•

原始ブラックホールの探査（新倉他、2019）

アンドロメダ銀河にある9000万個の星の明るさ変化を計測し、月質量より軽い原始ブラックホールによる重力レンズ効果を探索。その結果、アンドロメダ銀河と我々の銀河系の間に原始ブラックホールはほとんど存在しないことが明らかに。
→ 両銀河に付随するダークマターは原始ブラックホールでないことが分かった。
2019/9/13

HSC観測により作成したダークマターの3次元分布図。このデータは、宇宙の物質集積の様子を捉えている。

アンドロメダ銀河の中で見つかった、原始ブラックホールの重力レンズ効果。

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すばる望遠鏡の観測成果

初期宇宙の天体形成の謎に迫る•

初期宇宙に大量の銀河を発見（小野他、2018）

HSCによる広天域探査により、宇宙誕生から18億年までの初期宇宙に60万個（これまでに発見されている銀河の10倍以上）の銀河を発見。初期宇宙における銀河の特徴を明らかにした。
→ 銀河の誕生と初期進化の様子を理解するカギ

•

18億年

宇宙年齢13億年
10億年

8億年

すばるが発見した遠方銀河。これまで知られていなかった遠方銀河を60万個も発見した。

初期宇宙における巨大ブラックホール探査（松岡他、2019）

宇宙誕生から10億年までの初期宇宙に80個以上の巨大ブラックホールを発見。巨大ブラックホールが宇宙のごく初期にも普遍的に存在することを初めて明らかにした。
→ 宇宙における巨大ブラックホールの形成と進化を解明する第一歩
初期宇宙の巨大ブラックホールに落ち込む物質からの光を捉えた（中央の赤い点源）。
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すばる望遠鏡の観測成果

太陽系外惑星と太陽系天体•

高コントラスト撮像観測で、太陽系外惑星と惑星の誕生現場に迫る（Curry他、2018）

星の光を隠すコロナグラフ技術で、太陽系以外の惑星系の撮影と、個々の惑星の分光観測に成功→ 究極の目標である地球型惑星の撮影に向けた大きな一歩。

•

太陽系最外縁の小惑星を発見（Sheppard他、2019）

広天域探査で非常に遠い小惑星Farout（正式名：2018 VG18）を発見→太陽系の大きさに関する常識の更新と、未発見の第9惑星の探査へ
July 2016

HR 8799
すばるが捉えた、恒星HR8799を周る4つの惑星。
2019/9/13

すばるが捉えた太陽系最外縁小惑星Faroutの想像図。遠くに見えているのは太陽。

すばる望遠鏡の将来

2019/9/13

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すばる望遠鏡の強み• 超広視野観測能力• 優れた結像性能

超広視野主焦点カメラ
HSCの視野月が9個入る

TMTの視野2019/9/13

超広視野多天体分光器PFSの視野
ケック望遠鏡
広視野分光器の視野
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すばるの機能強化

超広視野(1.5度角)
撮像観測

HSC
GLAO ＋ Wide-field IR
Instrument

PFS

超広視野(1.3度角)
多天体(2400個)
分光観測

IRD

現行のすばる望遠鏡からの性能向上

分光視野：50倍
同時分光天体数：20倍
赤外線観測視野：10倍
赤外線解像度：2倍

超精密視線速度(2m/秒)
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測定観測

ULTIMATE-Subaru
広視野(20分角)
高解像度(0.2秒角)
赤外線観測

Instrumentation Plan
2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027

PF

HSC
PFS
FOCAS
COMICS

Cs

End
End

MOIRCS

renewalULTIMA
TE

Ns

GLAO

HDS
IRCS
SCExAOIRD
CHARIS
AO188
GLAO

TBD

End
End
transition
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2020年代のすばる望遠鏡
科学目標

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科学目標１：ダークマター・ダークエネルギーの謎に迫る•

超広視野主焦点カメラHSC、超広視野多天体分光器PFSを用いてダークマターとダークエネルギーの正体を究明し、宇宙の起源と未来を解き明かす。

ダークマター分布のシミュレーション

科学目標2：初代銀河形成期と銀河成長に迫る•V. Springel (MPA) et al.
広視野高解像赤外線観測装置ULTIMATEでビッグバン後5億年程度の宇宙を探査し、初代銀河が作られた時代の天体の性質を明らかにする。 初代銀河の想像図

科学目標3：マルチメッセンジャー天文学で物質の起源に迫る•

ブラックホールや中性子星の合体、ニュートリノバーストを、重力波望遠鏡やニュートリノ観測装置、他波長望遠鏡と協力して観測し、物質の起源を明らかにする。

科学目標4：地球型惑星の性質に迫る•

アストロバイオロジーセンターと密接に連携しながら近赤外ドップラー分光装置 RDを用いた地球型惑星の間接探査を推進し、将来のTMTを用いた直接撮影、生命探査に繋げる。
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中性子星合体の想像図

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すばる２計画の科学目標
暗黒物質・暗黒エネルギー：宇宙の加速膨張と天体形成の謎
宇宙の歴史

10億年

HSC

PFS

以上の成果は超広視野撮像観測計画が10％程度終了した現時点で得られたものであり、すばる２ではこれより大規模化・精密化を達成する。

• HSCによる超広視野撮像観測で数億個の銀河を撮影して銀河の形状のゆがみを距離ごとに測定し、暗黒物質の3次元分布を描き出すとともに、暗黒物質候補の原始ブラックホールを探査する。
•PFSによる超広視野分光観測で多数の銀河の距離を遠方まで精密に測定し、暗黒エネルギーの性質を解明するとともに、暗黒物質の一部を担うニュートリノの質量を世界に先駆けて信頼性高く測定する。
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超広視野主焦点カメラHSC

超広視野多天体分光器PFS

広視野高解像赤外線観測装置ULTIMATE

近赤外超精密視線速度観測装置IRD

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すばる２計画の科学目標
宇宙の構造形成と銀河形成進化

マルチメッセンジャー天文学
すばるが捉えた重力波源の明るさの変化

HSC

宇宙最初の天体ULTIMATE
•
宇宙の歴史

過去

現在

すばるHSC/PFS/ULTIMATEによる超広視野撮像分光観測とTMT・アルマ望遠鏡による詳細観測の模式図。

HSC

PFS

超広視野観測で超新星爆発や中性子星合体などの重力波放出天体を即座に観測し、元素の起源を解き明かす。
10億年

系外惑星の大規模探査

ULTIMATE• 超広視野撮像分光で暗黒物質と銀河・銀河間ガスの相互の関係を洗い出し、銀河形成の物理過程を理解する。

IRD

••

宇宙の夜明け時代の始原天体を多数検出し、TMTやアルマ望遠鏡による詳細観測につなげていく。
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超広視野主焦点カメラHSC

超広視野多天体分光器PFS

地球型惑星のイメージ図

超精密視線速度測定により、太陽系外の地球型惑星を検出し、TMTによる生命兆候探査の礎を築く。

広視野高解像赤外線観測装置ULTIMATE

近赤外超精密視線速度観測装置IRD

すばる望遠鏡とTMTの役割分担
他の8-10m望遠鏡にない広視野をもつすばる望遠鏡で天体を探査し、TMTの高解像度・高感度観測で天体を解明。
すばる望遠鏡

すばる望遠鏡：TMTの約100倍の広視野観測

TMT

解像度を比較する
シミュレーション

TMT：すばる望遠鏡の3倍以上の解像力、100倍以上の感度で特定の天体を詳細に観測
TMTの視野2019/9/13

広視野のすばると高感度のTMTの連携は日本のユニークな強みであり、一体運用により、連携観測を日本の研究者に提供する。
16すばるとTMTの連携
2019
2022
2024
すばる望遠鏡運用
TMT 建設

2029

2033

すばる
広視野探査観測

PFS

すばる
広視野探査

超長期間追跡観測
面分光探査

超広視野分光宇宙探査

ULTIMATE-Subaru
TMT
詳細観測

2019/9/13

時間軸天文学

太陽系外惑星探査

IRD・CHARIS

2050

すばる/TMT 共同運用

超広視野宇宙探査

HSC

2040

すばると
TMTの協調連携観測

広視野赤外線宇宙探査／時間軸天文学
協調・連携観測
ダークマターの正体の解明

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地球外生命の探査

TMT
高感度
詳細観測

ダークエネルギーの起源解明
宇宙再電離の解明

すばる2の国際連携
TMT

分光能力

宇宙望遠鏡
WFIRST

Keck

Euclid柔軟性、AO、南天

超高感度・超高解像度

Gemini

LSST

MSE
超広視野撮像

国際協力による観測装置開発(PFS, ULTIMATE, etc.)
国際共同研究2019/9/13

すばる２
超広視野撮像・分光
国際共同運用多天体分光
SeimeiTAO
赤外線
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観測

すばる＋TMT
サイエンスブック201919• すばる望遠鏡とTMTを連携させた日本独自の科学戦略を立てるため、今後の観測天文学の世界的な潮流を踏まえつつ、すばる独自の機能をいかした科学的戦略や、日本のコミュニティがTMTで最先端の成果をあげるために優先する機能、とりわけ、すばるとTMTの効果的な連携のありかたを検討し、サイエンスブッ
クとしてとりまとめ、公表します。
• すばる望遠鏡およびTMTの科学諮問委員会での議論で選ばれた編集委員を中心に、広いコミュニティを巻き込んだ執筆・編集を進めており、2019年11月の公開を目指しています。
•編集委員
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児玉 忠恭 (編集長)秋山 正幸 (副編集長)
吉田 二美 (太陽系)本田 充彦、小谷 隆行、成田 憲保 (惑星形成、系外惑星)
大朝 由美子 (星形成)
青木 和光、岡本 桜子 (銀河考古学/恒星、近傍銀河 )柏川 伸成 (銀河形成、原始天体、活動銀河核)
高田 昌広 (宇宙論)田中 雅臣 (マルチメッセンジャー)

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サイエンス部分（第3章）の構成

3.1 系外惑星、星・惑星形成、恒星、太陽系
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4

太陽系外惑星における生命探査
太陽系~宇宙生命探査の基準値としての役割~
惑星誕生現場で探る惑星系・太陽系の起源
星の誕生

3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5

初代星、初代銀河、宇宙再電離
超巨大ブラックホールと銀河の共進化
銀河形成とバリオン循環
銀河の形態の起源と活動性の終焉
銀河系と近傍銀河

3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4
3.3.5

ダークマター
ダークエネルギー
元素の起源
恒星進化と物質循環
宇宙線の起源3.2 銀河進化

3.3 ダークマター・ダークエネルギーと物質の起源

2019/9/13

ドラフト版を近く光赤天連に公開
コミュニティからのインプットを歓迎

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