超広視野初期宇宙探査衛星 WISH 計画

Wide-field Imaging Surveyor
for High-redshift
山田亨（東北大学），WISH チーム

WISH 計画の科学目的
１．宇宙最初期の銀河形成（主目的）‐ 銀河宇宙史・最後のフロンティア‐ 宇宙再電離を跨ぐ初期銀河形成

２．Ia型超新星による宇宙の加速膨張史‐ 高精度観測による精密宇宙論‐ 超新星発生頻度

３．次世代の近赤外線撮像サーベイ‐ 様々な分野で新たな天文学研究を開拓‐ これまでにない、深さ・広視野の観測

WISH 計画の現状と今後の展望
2020-2021 を打ち上げ目標時期とする戦略中型ミッションに提案（２０１５年２月）。
宇宙科学研究所・宇宙理学委員会（牧島一夫委員長）において推薦されなかった。
（今後）
WISH サイエンスの実現
WISH 検討で得られたモーメンタム
WISH 検討で得られた技術検討成果
捲土重来を期して鋭意努力

Cumulative number of galaxies (>z)

WISHとWFIRSTの比較 初代銀河検出期待数

WISH UDS 28AB(5σ), 100 deg2
WFIRST‐2.4m HLS
26.75AB(5σ), 2000 deg2
(WFIRST SDT report)
M*進化モデル２相当の比較

WISH UDSによるUV光度関数観測
φ*進化モデル２（実線）、M*進化モデル２（点線）

感度要求

視野要求

データ点はz=8付近のハッブル宇宙望遠鏡による観測結果

z=14初代銀河のクラスタリング星質量／ダークマター質量比の測定

星質量は、バルマー端より長波長側の F397による測光が本質的予測シミュレーション(Harikane et al.)

WISHで期待されるz=8銀河のSHMR測定の精度（進化無=赤丸, 進化有=赤白丸)

WISHによる初代星超新星探査
超高光度超新星（SLSN）：静止系で100日程度明るい

静止系

観測等級
22 232523 242624 252725 262826 272927 283028 293129 303230 313331323432 3335z = 2.3 4 14

WISH UDS z>6 SLSN 100個、z>10 10個
高赤方偏移 SLSN の検出期待値（３年間、３ヶ月ケーデンス）

Tanaka, Moriya, Yoshida et al. (2013)
from Naoki Yoshida WISH Science Workshop 2013

銀河質量集積史（宇宙年齢の95％）星質量

WISH UDSサーベイで到達できる星質量を赤方偏移の関数として表したもの。
Based on Kodama &Arimoto (1997) model

z=8 109M☉

銀河系の100分の1

赤方偏移
Taddy Kodama, WISH SW 2013

Ia型超新星による宇宙膨張史の測定
Ia型超新星の光度曲線を得るには爆発天体の静止系で60日程度の連続観測が必要である。
赤方偏移zの天体は観測者系の時間が(1+z)倍になる。
WISH UDSは約7000個の z>1 Ia型超新星を発見できると予想される。
7000

N. Suzuki 2013 WISH SW at NAOJ

z>1 in UDS

Ia型超新星による宇宙膨張史の測定
Ｉａ型超新星によるハッブル図の将来予測

図12 （左）2020年までの主な超新星探査。（右）WISHによる超新星探査を追加。

N. Suzuki 2013 WISH SW at NAOJ

WISH衛星システム・概要
L=5.12m
W=3.30m

総質量 約1.3‐1.4t
総消費電力 約1.2kW

WISH 正面図および断面図

主鏡口径 1.5m の広視野光学望遠鏡
シンプルな構成、既存の技術、高技術熟成度、可動部小、放射冷却

WISH ミッション部・広視野撮像システム
ディザリングパターンの例
15x15

Cold Stop

斜鏡

M2

M1

M3

平坦な焦点面>1000 平方分角

フリップ式
極低温フィルタ交換機構

１ユニット= 8個の検出器

1段４ユニット ｘ ３段検出器
Teledyne HAWAII‐2RG
2ｋ x 2k 32個

JWST NIRCam/NIRSpec 用に宇宙用品化されている HAWAII‐2RG と駆動読出エレクトロニクス SIDECAR/ASIC

WISH ミッション部・望遠鏡システム
望遠鏡各部

フィルタ交換機構

軽量鏡概念設計

光学ベンチ部とラジエータ背面
円柱テノン式主鏡保持クランプ機構
設計、解析と試作・冷却試験

構造部材となる CFRPパイプの試作・熱膨張率、膨潤変形計測
CTE ~ 0.1ppm/K 膨潤 20ppm

WISH 熱要求と熱解析
WISH 熱要求：
自然背景光のポアソン雑音が支配的雑音源となる観測・熱放射雑音の低減  望遠鏡構造 80K‐100K
・検出器案電流雑音の低減 駆動温度 40K(0.003e‐/s/pix)
ノミナルな要求値 0.05e‐/s/pix

検出器側
低温

暗電流0.005e‐s/pix 相当

WISH熱解析結果 2015年2月
副鏡筒

検出器ラジエータ

検出器側

熱解析結果。副鏡筒の温度分布（左）および検出器ラジエータの温度分布

光学ベンチ
サンシールド検出器側

熱解析結果。光学ベンチの温度分布（左）およびサンシールド最内層内側の温度分布

戦略的中型2021-2022 打ち上げ

WISH 提案チーム

名前所属

身分

役割

山田亨

東北大学

教授

計画統括，計画策定，WISH WG 主査

岩田生

国立天文台

准教授

計画マネジメント, 開発研究，WISH WG 幹事

井上昭雄

大阪産業大学准教授

科学運用

大内正己

東京大学

准教授

科学運用

太田耕司

京都大学

教授

科学運用

柏川伸成

国立天文台

准教授

科学運用、データマネジメント策定

河合誠之

東京工業大学教授

科学運用、衛星運用計画策定

久保真理子

東京大学

研究員

科学運用、衛星運用計画策定

児玉忠恭

国立天文台

准教授

科学運用

鈴木尚孝

東京大学

助教

科学運用

田中賢幸

国立天文台

助教

科学運用、データ運用

矢部清人

国立天文台

研究員

開発研究、科学運用、衛星運用計画策定

杉田寛之
岡本篤
佐藤洋一

宇宙航空研究開発機構 研究開発本部
熱グループ

開発研究（熱解析・設計）

安藤麻紀子
学生メンバ（2015年2月）
石垣真史

東京大学

M1

科学計画策定利川潤

総合研究大学院大学

D3科学計画策定

馬渡健

東北大学

D3

科学計画策定

播金優一

東京大学

M1

科学計画策定WISH コミュニティ・サポート

WISH コミュニティ・サポート

WISH コミュニティ・サポート

WISH を支持する
欧州の研究者124名の地理分布

WISH コミュニティ・サポート

光赤天連（川端弘治委員長） 目標・戦略・工程表
2015/2/2 宇宙研に提出

WISH 計画の現状と今後の展望
2020-2021 を打ち上げ目標時期とする戦略中型ミッションに提案（２０１５年２月）。
宇宙科学研究所・宇宙理学委員会（牧島一夫委員長）において推薦されなかった。
（今後）
WISH サイエンスの実現
WISH 検討で得られたモーメンタム
WISH 検討で得られた技術検討成果
捲土重来を期して鋭意努力