2040年代の6m紫外線可視近赤外線望遠鏡への参加

LUVOIR
Takahiro Sumi (Osaka U.)

HabEx
Motohide Tamura (Tokyo/ABC)

住 貴宏（大阪大学）
2022/2/22 光赤天連シンポジウム：2030年代の戦略的中型をどうするのか＠online

Credit:NASAHabitable Exoplanet Observatory - HabExl ハビタブル系外惑星 & 系外生命探査
l 広範な一般宇宙物理
l 口径 4m(1枚鏡)軸はずし、
l 0.4µm回折限界スペース望遠鏡
l 内部コロナグラフとスターシェード（SS f52m,76600km）
l 5年＋5年

Motohide Tamura (Tokyo/ABC)

Large UV/Optical/Infrared Surveyor - LUVOIRl ハビタブル系外惑星 & 系外生命探査
l 広範な一般宇宙物理

Takahiro Sumi (Osaka U.)l Segmented, deployable
far FUV/optical/NIR telescope (100 nm to 25006 nm)
The Large UV/Optical/Infrared Surveyor (LUVOIR)l Ultra-stable to enable high performance coronagraphyl Serviceable & upgradable (25 year lifetime goal for non-serviceable comp.)
LUVOIR-A
15m (~0.08arcsec)
On-axisThe Large UV/Optical/Infrared Surveyor (LUVOIR)
270K(milli-Kelvin precision)
4 instruments
LUVOIR-B
8m (~0.16arcsec)
Off-axis
3 instruments

7Figure 4: The LUVOIR-A observatory, with a 15-m diameter on-axis primary mirror and four
instruments. Deployment and pointing animation at https://asd.gsfc.nasa.gov/luvoir/design/.
Credit: A. Jones (NASA GSFC)•

Telescope optical designs to alleviate polarization effects that can degrade
coronagraph contrast (validated by analysis; Will & Fienup 2019, submitted)•A sunshade that is larger but simpler than the JWST sunshield (three layers insteadof JWST’s five, relaxed requirements on layer positioning after deployment) 3•

A field-of-regard that covers most of the sky (LUVOIR can point to within 45° of theSun),5:greatly
enhancingtarget withof opportunity,
exoplanet,and solarFigure
The LUVOIR-B
observatory,
an 8-m diameter
off-axis primary
mirror systemand threeinstruments.
Deployment and pointing animation at https://asd.gsfc.nasa.gov/luvoir/design/.
observations•Credit: A. Jones (NASA GSFC)

Moving target capability with tracking speed of 60 mas/sec (2x faster than JWST)Decadal Survey Recommendation
Worlds and Suns in Context
Priority Area: Pathways to Habitable Planets

Report cover goes here

searching for signatures of life
l Implementing the Next Great Observatories• Great Observatories Mission and Technology Maturation Program(GOMTMP):
provide early investment in the development of multiple mission concepts
to lower the risks and costs of projects before they become too complex,large, and costly. By the end of 2020 decade, (~six years), ($800M)• The First Mission to this program is
Large Infrared/Optical/Ultraviolet (IR/O/UV) Space Telescope
off-axis inscribed diameter 6-m, at first half of 2040’s (11B$)
to search for biosignatures from ~25 habitable zone planets

6m Large Infrared/Optical/Ultraviolet (IR/O/UV) Space Telescope
Exo-Earth Yield vs telescope diameter

25candidates@6m

Off-axis
On-axisassuming ExoPAG SAG13 value (0.24&".'%!".$% )A 5% and 10% constraint on the frequency of Earth-like planets by LUVOIR-A and -B, respectively.
(8 planets by HabEx gives 30% constraint on frequency of Earth-like planets.)

LUVEx?

Habitable exoplanets & biosignatures（自然科学における人類最大のテーマの一つ）

l地球の様な環境の惑星の頻度ー＞高空間分解能ー＞大口径が必要

25pc以内の数百個の星

l生命痕跡探査（太陽型星回りの地球型）:反射光の直接分光で惑星表層大気測定
ECLIPS on LUVOIR-A：
コロナグラフ装置
直接撮像・分光80 masSolar System at
Distance = 12.5 pc
Dtelescope = 15-m
R = 150
Time = 60 hrs per band

30.5 mag

Inner working angle~4λ/DCredit: T. Robinson / G. Arney67

宇宙初期の、最小の構造体を分解し、銀河の形成過程を解明 HDI014

130.1

12111090.5871654233261Redshift

Time [Gyr]10log (Stellar Mass)

9876

遠方の最小銀河 (<104M◉ )を検出する、空間分解能(<200pc)、感度が必要

ELTJWST

5LUVOIR-B

4

LUVOIR-A

3

マイクロシャッターによる高空間分解能、多天体可視UV分光
近傍銀河で、星団(pc)スケールでホットガスのインフロー、アウトフロー、 Radiative transferを観測
そのサイクルと形成過程を解明• 空間分解能：0.07x0.14 arcsec<100pc @ z < 0.1 (400 Mpc)
<1kpc @ all redshifts.
• z<3以下（宇宙誕生から８０％の時間、11-12 Gyr）において、様々な階層で、物質(バリオン)の量/循環、宇宙再電離を解明
500 ≤ R ≤ 120,000• 遠方quasorのUV吸収線でIGM,CGMのバリオン量を測定(JWSTより近傍)

LUMOS• 近傍銀河の星形成領域で、物質の温度、密度、速度、金属量をマップでき、構造形成史を解明4x420x840= 140万個

太陽系内氷衛星の生命居住可能性
探査機なみの高空間分解能で氷衛星内部海から噴き出るプルーム（水柱）をモニター
LUMOS
強度、頻度を求め、生命居住可能性を検討
HST

Europa in far-UV Lyman-𝛼 emission

Roth et al. (2014)
HSTによる木星の衛星エウロパのプルーム

LUVOIR-B

LUVOIR-A

Input model: G. Ballester

9Imagine astronomy with LUVOIR …

Pluto with HST

Pluto with 15-m LUVOIRCredit: W. Harris (LPL)

February 22, 2022

Big Bang to Biosignatures: The LUVOIR Mission Concept10

– 29 –

Throughput on sky
Angular separation (λ/D)

日本の貢献案（予算）420-2-4l 多天体高安定高分散分光器: (100億円)超小型等で実証
starl セグメント鏡回折限界コロナグラフ:（６０億円）
l コロナグラフ光学系コンポーネント：Roman参加の実経験を活かす。
l Baselineマスク (Roman用の基盤製作中)
l 独自コロナグラフ（提案は20年前から）
l 偏光器：日本は40年間以上継続的に光赤外偏光器を製作してきた（Romanの偏光素子製作中）l 偏光補償光学系：Romanでの設計経験あり。
（数億円）

Fig. 7.— Peak throughput of the fourth-order new coronagraph at o↵-axis angle (✏ = 2).
The lower panel indicates the cross section along the red dashed line (x = y) in the upperpanel; the lower left and right panels are shown in linear and logarithm. The e↵ect of theconstant factor C 4 (⇡ 0.25) is included. The e↵ect of the pupil function (shown in Figure 6)
on the throughput is not considered.

l 紫外線検出器,コーティング：ひさき衛星。WSO-UVの実績（４５億円)
l 地上局 : L2, Ka-band, (Romanで整備) （運営費5億円）
合計210億円程度 （GOMTMP期間中(2029年まで)に約20億円)
期間中目標：技術成熟度をTRL6+/-に上げ、ミッションコンセプトに組込む
LUVEX(1.2兆円)の1/50以下でもキー技術での旗艦ミッション参加が重要

まとめ
l LUVOIR/HabExは6m超大型紫外可視近赤外宇宙望遠鏡へ統合• 生命居住可能惑星、地球外生命探査、• 宇宙物理、地球物理全般を網羅する究極のミッションl 日本の参加によりミッションを強化し、科学成果を拡大する
l キーコンポーネントを担当し、日本の技術レベルを高める。
l GOMTMPに参加し技術開発・実証を進める
l JAXA, NAOJで新たな枠組みを模索