TMTの科学研究と建設地・スケ
ジュール：検討中間報告• 本検討資料の目的：
TMTはハワイ・マウナケアでの建設を予定しており、それを前提に科学研究の検討が行われてきた。ハワイでの建設の計画に変わりはないが、万一建設が困難になった場合にそなえ、バックアッププランの建設地の選定が行われている。そのために、これまで検討されてきた科学研究が、もし建設地が変わった場合にどのような影響を受けるか、検討を行う。（マウナケアの優位な点を再確認する作業にもなる。）• 検討の現状
光赤天連が今年とりまとめた「2020年代の光赤外天文分野」検討報告書でとり上げられているTMTによる観測テーマ案ごとに、まずは定性的に影響の分析を行った。報告書をとりまとめた検討班からのコメントもいただいているが、より定量的・包括的な検討が必要である。本資料は検討の中間報告としてとりまとめた。

建設地が変わった場合の各観測テーマへの影響分析
1. 検討の観点• 観測領域（北天／南天）• 補償光学の性能• 観測波長への影響（標高が低いと赤外・紫外線観測効率が減少）• 計画延伸の影響：他のELTやスペース計画との関係
2. その分野全体の特徴・影響のまとめ。より詳細・定量的な検討が必要なポイントの整理

TMT各観測テーマへの影響分析：「2020年代の光赤外天文学」検討報告書に沿って
3.2 宇宙論・構造形成
3.3 巨大ブラックホールと活動銀河核
3.4 初代天体と再電離
3.5 銀河進化と構造形成
3.6 銀河系・局所銀河群
3.7 銀河系・近傍銀河の星生成と物質進化
3.8 星間物質
3.9 恒星物理3.10 星惑星系形成
3.11 系外惑星
3.12 太陽系天体

宇宙論・構造形成• 北天／南天の選択はほとんど影響なし。広域撮像分光サーベイとの連携が重要。
• 補償光学の性能は「よいに越したことはない」程度• 標高に関わらずシーイングのよいサイトが望ましい• 計画延伸の影響は特になし。高性能の高分散分光器をEELTより先に立ち上げられるか。
対象

観測内容
北/南
補償光学の性能 赤外・紫外線
延伸
クェーサー吸収線
宇宙膨張の直接測定 系の超高精度分光 どちらでも可必要なし
可視分光
特になし
モニター観測可視近赤外分
測光的赤方偏移の重力レンズサーベイ
どちらでも可光EELTと競合較正
小質量サブハロー

面分光による速度
どちらでも可場測定-

可視近赤外面EELTと競合分光

巨大ブラックホールと活動銀河核• 北天／南天の選択の影響は大きくはない：チリから観測できないほど北天にある天体を除けば、早くやったもの勝ち。
• AGNはコンパクトで、補償光学の性能の影響は大きい(空間分解、感度)。
• 標高が低いと、>3umの熱的赤外線に影響大。塵・分子遮蔽体（トーラス）構造の観測のためには10-20umの中間赤外線観測が極めて重要。
• 計画延伸の影響は大きい。なぜなら、主要な天体が先にやられるから。

対象
観測内容
北/南
補償光学の性能 赤外・紫外線 延伸
巨大BHの質量星、ガスの空間分解
空間分解できるス
星間空間の力学構造
Kバンド以下でした分光（可視、近 特になし ケールに大きく影
影響大
中質量BH
影響は限定的赤外）
響銀河バルジとの相関
降着円盤アウトフ 高感度高分散分光(可星像が悪化すると Kバンド以下で特になし
影響大
ロー視、近赤外)
感度低下。影響大。
影響限定的
高感度偏光分光(特に可視光がメイ電離ガスの構造
特になし 影響は限定的影響大可視)
ンで影響小高空間分解能撮像
MIR AOが効けば 標高がかなり分子、塵遮蔽体構造
特になし
影響大（中間赤外線）問題なし
重要
高空間分解能撮像
ジェット
特になし 影響は限定的
影響は限定的 影響大（可視、近赤外）
巨大BHの誕生星像が悪化すると Kバンド以下で 影響あ
BH質量、エディン 高感度中分散分光
特になし 感度低下。影響大。
影響は限定的 りトン比関数進化（近赤外）
光度時間変動初代天体と再電離••••

北天／南天の選択はほとんど影響なし
補償光学の性能はクリティカル
標高が低いサイトでもほとんどの研究は実施可能
計画延伸の影響は大きい

対象

観測内容

北/南

補償光学の性能

種族III星団の検出どちらでも可 極めて重要

初代星の終焉(GRB)

どちらでも可 極めて重要

初代星初代銀
運動学的銀河形態の理解
どちらでも可河再電離史（GRBの中性度のどちらでも可測定）
再電離史（QSOの中性度のどちらでも可測定）
再電離再電離史（Lyα速度差測定） どちらでも可極めて重要
極めて重要
極めて重要
極めて重要

電離源(個別検出による電離どちらでも可 極めて重要
光子脱出率)

赤外・紫外線 延伸
EELTとの競合に難近赤外分光
JWSTとの連携に難TOO近赤外分光

EELTとの競合に難JWSTとの連携に難

近赤外３次元 EELTとの競合に難分光
JWSTとの連携に難EELTとの競合に難近赤外分光
JWSTとの連携に難EELTとの競合に難近赤外分光
JWSTとの連携に難EELTとの競合に難近赤外分光
JWSTとの連携に難EELTとの競合に難近赤外分光
JWSTとの連携に難銀河進化と構造形成••••北天／南天の選択はあまり影響ない。但しALMAとの連携ができる緯度範囲内で。
補償光学の性能がは多くの課題でクリティカル。高層も地表も。
標高が低いサイトでは、赤外線の透過率（特にバンド間のギャップ）が多少問題。
計画延伸の影響は、EELTとの競合、JWST/WFIRSTとの連携の観点で大きい。
対象
観測内容
形成途上銀河の内AO近赤外面分光
部構造
ハッブル系列の起 近赤外面分光
源
AO近赤外撮像

北/南

星形成活動の終焉 近赤外分光

どちらでも可補償光学の性能 赤外・紫外線

どちらでも可極めて重要

どちらでも可極めて重要

ダークハローと星広視野撮像＋分光 どちらでも可形成
AO近赤外撮像
銀河の合体史どちらでも可広視野多天体分光

極めて重要

銀河間ガス、銀河 紫外可視中分散分
どちらでも可周ガス
光

近赤外線
近赤外線
近赤外線

EELTとの競合に難近赤外線

WFIRSTとの連携に難近赤外線

EELTとの競合に難JWSTとの連携に難紫外線観測も重要

EELTとの競合に難銀河の力学進化

AO近赤外面分光

どちらでも可極めて重要

近赤外線

環境効果

AO近赤外面分光
多天体分光

どちらでも可

極めて重要

近赤外線

大規模構造、原始広視野撮像＋分光 どちらでも可銀河団

延伸
EELTとの競合に難JWSTとの連携に難EELTとの競合に難JWSTとの連携に難EELTとの競合に難JWSTとの連携に難EELTとの競合に難JWST/WFIRSTとの連携に難WFIRSTとの連携に難銀河系・局所銀河群
••
•
•
対象

北天／南天の選択は大きく影響（テーマごとに得失あり）
補償光学の性能が与える位置天文への影響の評価が必要
標高が低いサイトでもほとんどの研究は実施可能
計画延伸の影響は大きくはない

観測内容
中心付近の星の運動
銀河系中心BH（位置、視線速度）
運動（位置、視線速
銀河系中心の星団度）、面分光
銀河系バルジ
近赤外分光
円盤構造
星の（近赤外）分光

北/南

補償光学の性能 赤外・紫外線 延伸

南が望ましい 位置天文に影響--

南が望ましい 位置天文に影響--

南が望ましい----M31をはじめ、近傍銀河ハロー 星の可視撮像・分光 北の天体もある
北にも天体が矮小銀河星の可視分光ある
北にも天体が紫外線観測も初期世代星
星の可視高分散分光ある
有効
北にも天体が局所銀河群の銀河 銀河の運動、星形成
位置天文に影響ある-銀河系・近傍銀河の星生成と物質進化••••

北天／南天の選択は銀河系の星生成研究にのみ大きく影響（テーマごとに得失あり)
銀河系・近傍銀河の詳細な星生成研究と磁場進化の研究には補償光学は不可欠
中間赤外線が必要な研究には標高が高いサイトが望ましい
計画延伸の影響は、EELTとの競合、JWST/WFIRSTとの連携の観点で大きい
対象

観測内容

北/南

補償光学の性能 赤外・紫外線

銀河系内の詳細な星 AO近赤外撮像 北: 第1,2象限
生成＋分光
南: 第3,4象限

極めて重要近赤外線

近傍銀河の詳細な星AO近赤外撮像 どちらでも可生成 (1Mpcまで)

極めて重要

可視近赤外線

星生成率の多様性の 近赤外分光
どちらでも可物理 条件の追求(R~1000)
近赤外分光
銀河のガス・ダスト
どちらでも可進化(R~100,1000)
AO広視野撮像
銀河の磁場進化
どちらでも可＋偏光観測

延伸
EELTとの競合に難JWST/WFIRSTとの連携に難EELTとの競合に難JWST/WFIRSTとの連携に難中間赤外線 EELTとの競合に難
中間赤外線 EELTとの競合に難
極めて重要

中間赤外線 EELTとの競合に難星間物質• 北天／南天の選択はあまり影響しないが、テーマによっては南天は•マゼラン雲が観測できるメリットがある• 主に中間赤外線での観測なので、補償光学の性能の影響は大きくない• 主に中間赤外線(特にQバンド)での観測が重要で、その実現のために、高い標高のサイトが強く要望される（ただし、水蒸気量が必ずしもクリティカルでない観測も多くある）。
• EELT/METISとの競合により計画延伸は望ましくはないが、標高の高いサイトに建設されるなら優位性は十分ある。
対象
原始惑星円盤内の物質ダスト凝縮・核形成
晩期型巨星星周
ダスト
水・有機物の探査とその生成・進化

観測内容
北/南
補償光学の性能 赤外・紫外線 延伸
円盤内ダストの空間的MIR AOが効け
望ましく
多様性・その時間進化 どちらでも可
中間赤外線
ば良いない（撮像）終焉を迎える星周囲のダスト・電離ガス・原
極限的性能は必 近・中間赤外 望ましくどちらでも可子ガス・分子ガスの分要ない
線
ない
布（中分散面分光）
晩期型星周囲のダスト
MIR AOが効け
望ましくの成長過程（中分散面 どちらでも可中間赤外線
ば良いない分光）
星間・星周環境に存在
南にメリット 極限的性能は必 近・中間赤外 望ましくする分子ガスの中分あり
要ない
線
ない
散・高分散分光恒星物理• 北天特有の天体はないが、突発現象が北天であった場合対応できるELTがあることが望ましい。
• 明るい天体に対して高空間分解能を実現できる補償光学と近・中間赤外線観測が重要• 計画延伸の影響は、EELTとの競合、WFIRSTとの連携の観点で大きい
対象
恒星風速度場
ダスト流速

観測内容
赤外線高空間分解能・高波長分解能観測
ダスト散乱光の高波長分解能偏光観測
広視野面分光星周ガス・ダスト
Ia型超新星伴星候補
可視中分散分光観測
天体
連星中性子星合体
可視・近赤外線分光観(重力波天体追跡） 測
超新星爆発メカニズ 可視・近赤外線分光観
ム（爆発形状）測、高空間分解能観測
紫外・可視・赤外分光
超新星ダスト観測（減光の測定）
初代星探査

可視高分散分光北/南-

補償光学
赤外・紫外線 延伸の性能
近・中間赤外
重要
線が重要

-

-

-

JWST/WFIR
STとの連携EELTと競合
EELTと競合

-

重要--

-

-

--

重要-

-

紫外線観測も有効---

EELTと競合

突発現象は北にも出現
突発現象は北にも出現
突発現象は北にも出現
EELTとの競合

星惑星系形成••••

これまでの資産蓄積という意味では北天に利がある一方、南天にはより多くの（比較的未開拓な）星形成領域が存在。
補償光学は重要。近赤外線での高コントラスト観測では致命的。但し、熱赤外線領域では高ストレールは比較的容易に達成される筈。
標高が低いサイトでは、>2.3um (COバンド含む)の観測に影響。有機分子の観測への影響は甚大。
計画延伸の影響は、JWSTとの連携(特に赤外線高分散分光による相補観測)の観点で甚大。

対象
観測内容
個々の星の誕生過程および 中間赤外線撮像、近-中間赤質量決定
外線分光/分光撮像
塵に埋もれた密集領域
集団としての星生成
での赤外線測光
惑星系形成の黎明
赤外線撮像・分光
高コントラストでの原始惑
ガス惑星の形成星系円盤撮像・中間赤外分
光
残骸円盤 – 地球型惑星形 高コントラストでの撮像、成期以降の星周環境
低分散分光
高コントラストでの惑星惑星分布から探る形成過程
直接撮像
原始惑星系円盤における有機高分子の成長 – 生命系 赤外線高分散分光
形成の黎明

北/南

補償光学の性能

赤外・紫外線

延伸

特になし

比較的重要

近赤外線

--

特になし

重要

近〜中間赤外線 JWSTとの連携に難

特になし

非常に重要

近〜中間赤外線 JWSTとの連携に難

特になし

非常に重要

近〜熱赤外線

EELTとの競合に難

特になし

比較的重要

中間赤外線

JWSTとの連携に難

特になし

非常に重要

近赤外線

EELTとの競合に難

特になし

比較的重要

熱赤外線

JWSTとの連携に難

系外惑星• 基本的に南北どちらでも観測は可能：
ただし 他のELTとターゲットが競合しない北天が望ましい• 補償光学の性能は重要：特に高コントラスト撮像・惑星の直接分光が主な観測手法。感度・分光スリットロスに影響• 標高が低いサイトでは赤外域の観測効率低下が懸念される• 計画延伸の影響大：観測衛星による惑星サンプルを早い者勝ちで観測するため、他ELTが先行すると影響大。望遠鏡だけでなく、（極限）補償光学がいつ稼働するかが問題。
対象

観測内容

北/南

補償光学の性能 赤外・紫外線 延伸

若い惑星
褐色矮星の大気

AO+高コントラ
スト中分散分光どちらでも可能。たスリットロスへ
だし南のほうがベの影響大
ター

近赤外

影響大

ホット・スーパー
主星高分散分光アースの大気どちらでも可能

影響限定的

-

影響大

高密度スーパー
AO+高コントラ
アースの表層環境 スト撮像

どちらでも可能コントラスト・感度への影響大

近赤外

影響大

地球型惑星に於ける生命居住可能
AO+高コントラ性・バイオマー
スト高分散分光
カー検出

どちらでも可能コントラスト・感度への影響大

近赤外

影響大

太陽系天体• 太陽系天体の多くは黄道面上にあるため，黄道が高い「低緯度地域」であれば北天南天の差異は少。ただターゲットが競合しない北天が魅力的。
また近地球天体には全天をまたいで移動するものがあり追うには北天も。
• 補償光学の性能は近赤外の高コントラス観測やスリットロスに重要，ただし熱赤外の観測では影響少ないか• 標高が低いサイトでは熱赤外域の観測効率低下が大いに懸念される• 計画延伸の影響：主要天体は他のELTが先行し突発天体にも対応できない
対象

観測内容

彗星・氷衛星の微 近赤外・中間赤外高分散
量有機物ガス輝線 分光
小天体反射光の含可視・近赤外低分散分光
水鉱物・水分子北/南

補償光学の性能 赤外・紫外線 延伸

どちらでも可能影響大

どちらでも可能影響大

中間赤外撮像・分光

どちらでも可能影響小惑星の水循環・メ
中間赤外高分散分光
タン起源の解明

どちらでも可能影響大惑星大気循環

近赤外高分散分光

どちらでも可能影響有惑星間塵と黄道光

近赤外・中間赤外低分散
分光

どちらでも可能影響有

系外惑星との関連

可視・近赤外線 分光モ
ニター・可視偏光

どちらでも可能影響有

小天体熱放射EELTとの競合に難
EELTとの近赤外競合に難
中間・遠熱赤 EELTとの外競合に難
EELTとの中間赤外競合に難EELTとの近赤外競合に難EELTとの近・中間赤外競合に難近・中間赤外近赤外EELTとの競合に難建設地が変わった場合の各観測テーマへの影響分析（まとめ） 観測領域（南天・北天）の影響• 近傍銀河や銀河系内天体の観測で、南・北それぞれにメリットがある。
• ELTが北半球にも欲しいというニーズは広範にある。
• その他の観点
ALMAと重なりの出る程度の緯度がのぞましい。

 補償光学の性能• 補償光学は広範なテーマで重要性が高い。
• 必要な性能は空間分解能、感度、コントラスト等、少しずつ異なる。
極限補償光学が必要なケース、中間赤外補償光学が必要なケースなども。
⇒それぞれサイトの影響の定量的な分析が必要。
 標高の影響⇒赤外線（>3um）、紫外線観測に強く影響• 特に系内の星間物質・星惑星形成領域・恒星、太陽系内天体で影響大。
• 標高が低い場合に、中間赤外での優位性が落ちることから装置が搭載されないという判断が下されることへの懸念。

建設地が変わった場合の各観測テーマへの影響分析（まとめ） 計画延伸の影響• 影響大というテーマが多い。
特にE-ELTとの競合への懸念が強い。
• スペースミッションとの連携についてはさらに検討必要。
• その他の観点-（極限）補償光学が早く実現すれば優位性あり。
-高い標高に建設すれば中間赤外ではE-ELTの後でも優位性あり。
-完成時にはまた新しいサイエンスがあるため、それぞれの時代の超大型望遠鏡にアクセスできるようにしておくことが重要