すばる2と2030年代のすばる
国立天文台ハワイ観測所
吉田道利

2021/9/9

光赤天連シンポ2021

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大型光学赤外線望遠鏡「すばる」の共同利用研究
銀河誕生時の宇宙の姿を探り、太陽系外の惑星の謎に迫るため、米国ハワイ州マウナケア山頂に建設された口径8.2ｍの大型光学赤外線望遠鏡（すばる）を用いて、国内外の研究者による共同利用観測を推進する。
〇 特徴

マウナケア山頂（標高4200m）のすばる望遠鏡• 世界最大級の口径8.2ｍ、世界最高精度で研磨された一枚ガラスの主鏡。
• 日本の優れた技術を活かし世界トップクラスの性能を達成。最先端技術を活用した新観測装置の開発で、世界をリードし続けている。
• 超広視野観測が可能な世界唯一の大型望遠鏡として、他の追随を許さない成果。

〇 推進体制〇 喫緊の課題

日本から赴任職員 24人、現地人材派遣 61人。三鷹35
望遠鏡・ドームは建設から20年以上が経人、岡山5名。ハワイ大学との協定に基づいた運用、近過し、経年変化による不具合や部品の入隣の天文台との連携及び地元社会との協力を進め、国れ替えなどへの抜本的な対応が必要に際的に開かれた観測所を実現
光赤天連シンポ2021
2021/9/9

なっている。

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Instrument Suit of Subaru• facility instruments•••••

Optical wide field camera: HSC [Pr]Optical camera and spectrograph: FOCAS [Cs]
Optical high dispersion spectrograph: HDS [Ns]Near-infrared multi-object spectrograph: MOIRCS [Cs]Near-infrared camera and spectrograph: IRCS [Ns]• visiting instruments• Near-infrared high-dispersion spectrograph: IRD [Coude]• Coronagraphic High Angular Resolution Imaging Spectrograph (CHARIS)[Ns]• Simultaneous-color Wide-field Infrared Multi-object Spectrograph(SWIMS) [Cs]
• Extreme adaptive optics: SCExAO [Ns]• adaptive optics• Adaptive optics system: AO188 [Ns]光赤天連シンポ2021

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2020年までの科学目標に対する成果「大規模学術フロンティア促進事業の年次計画（平成30年8月改訂）」

科学目標１：ビッグバン後10億年以内の宇宙初期を観測し、宇宙における天体の形成過程を研究する••

超広視野主焦点カメラHSCの広視野を活かして、ビッグバン後10億年以内に多数の超巨大ブラックホールおよび原始銀河団を発見し、宇宙再電離の時期に新たな示唆を与えるとともに、銀河の集積が開始された時期を明らかにした。
さらに初期宇宙を観測するための広視野高解像度赤外線観測装置ULTIMATEの設計を進めた。

科学目標2：遠方宇宙を広い天域にわたって観測することにより、2.5億光年
宇宙の大規模構造の起源を研究する••

超広視野主焦点カメラHSCを用いてダークマターの大規模広域探査を行い、これまでにない高解像度・広範囲のダークマターと銀河の3次元分布を描き出した。
宇宙の加速膨張探査を行うため、超広視野多天体分光器PFSの開発を進め、装置を構成する各コンポーネントを順次すばる望遠鏡に搭載して試験を行った。

約10億光年

奥行き80億光年

科学目標3：太陽系外惑星を直接観測し、その性質を研究する•••

高コントラストコロナグラフ撮像装置HiCIAOを用いて8個の太陽系外惑星の直接観測を行い、第2の木星を発見した。
近赤外線ドップラー分光装置IRDによる地球型惑星探査の戦略枠プログラムを開始した。
近赤外高コントラスト面分光装置CHARISを用いて系外惑星大気研究を進めた。

科学目標４：重力波、ニュートリノ観測と協調した新たな天文学（マルチメッセンジャー天文学）を推進する•

HSCを用いて重力波の追跡観測を行い、光赤外線対応天体を検出し、連続的な追跡観測に成功。中性子星合体によって金やプラチナ、生命活動の必須元素の一つであるヨウ素などの重元素が合成されている証拠を掴んだ。

科学目標5：惑星系形成領域を観測し、惑星の形成過程を研究する•HiCIAOを用いて多数の原始惑星系円盤を観測し、その構造を解明。
→ アルマ望遠鏡につながる成果を多数生み出すことができた。

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

5

すばる２コンセプト
ハワイ島マウナケア山頂に設置した大型光学赤外線望遠鏡「すばる」の機能を強化した「すばる2」により、超広視野撮像分光による大規模サーベイ観測を中心として国際学術コミュニティに供し、宇宙の構造進化と元素の起源に迫る。
すばる望遠鏡

HSC
超広視野主焦点カメラ

国際協力開発PFS:2023年完成、ULTIMATE:2027年完成

超広視野多天体分光観測

現行のすばる望遠鏡に比べてIRD

超精密視線速度測定

国際共同運用PFS

超広視野撮像
近赤外ドップラー分光装置

すばる２

ULTIMATE
広視野高解像赤外線観測

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

学術的意義：
超広視野撮像分光により、• ダークマター・ダークエネ
ルギー• 宇宙史にわたる大規模構造の進化と銀河進化、• マルチメッセンジャー天文学による元素の起源• 地球型系外惑星天体の同定の研究に取り組み、人類の宇宙理解を大きく進める。
計画期間：2022年～2031年
総経費：233億円

推進体制：国立天文台が中心となって望遠鏡・観測装置の維持運用を行う。観測装置開発は国内外の大学・研究機関と国立天文台の協力によって実施する。すばる望遠鏡は超広視野観測が可能な世界唯一の大型望遠鏡であり、本計画によって国際的優位性を一層高め、世界の拠点となる。 5Subaru2 wide-field capabilities

In addition,we will support unique visitor (PI-type) instruments with best-effort basis.

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すばる2の主たる科学目標（マスタープラン2020重点大型施設計画認定、ロードマップ2020記載）

科学目標１：ダークマター・ダークエネルギーの性質の探求
及びニュートリノ質量の決定
ダークマター分布の•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、ニュートリノ質量を決定する。

シミュレーション

科学目標2：宇宙の構造形成、銀河形成・進化のV. Springel (MPA) et al.
物理過程の理解初代銀河の想像図•

広視野高解像赤外線観測装置 ULTIMATEで前人未到の超遠方宇宙探査を実現し、宇宙最初期に生まれた天体の性質とその進化過程を解き明かす。

科学目標3：マルチメッセンジャー天文学の展開•

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、他望遠鏡と協力して観測し、物質の起源を探る。

中性子星合体の想像図

科学目標4：地球型系外惑星候補天体の同定•

アストロバイオロジーセンターと密接に連携しながらIRDを用いた地球型系外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。

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

近赤外ドップラー分光装置IRD

7

8

すばる望遠鏡の科学目標ロードマップ
2013
宇宙の大規模構造の起源に迫る

宇宙における天体の形成過程に迫る

マルチメッセンジャー天文学を推進する

太陽系外惑星の性質を明らかにする

2018

2021

HSCによる広域宇宙探査成果：
ダークマターの広域3次元分布。
ダークマターの正体への制限。
宇宙論パラメーターの精密測定。
HSCによる宇宙再電離期の研究
成果：
宇宙誕生後10億年以内に、大量の天体（銀河、原始銀河団、巨大ブラックホール）を発見し、初期宇宙における天体形成の様子を解明。
宇宙再電離の原因天体を制限。
多様な観測装置による重力波源の追跡
成果：
中性子星合体の光赤外線観測から重元素合成現場を捉えた。
HiCIAOによる巨大惑星の研究

CHARISによる惑星大気の研究

IRDによる地球型惑星探査2022
ダークマター・ダー
クエネルギーの性質の探求及びニュートリノ質量の決定

宇宙の構造形成、銀河形成・進化の物理過程の理解

マルチメッセンジャー天文学の展開

地球型系外惑星候補天体の同定

成果：
第2の木星の発見。
系外惑星大気の温度と組成を決定。
地球型系外惑星候補の軌道面を同定。
惑星の形成過程に迫るHiCIAOによる惑星系形成領域の探査
成果：
原始惑星系円盤の多様な姿を解明。

超広視野主焦点カメラHSC

超広視野多天体分光器PFS2026

2031

HSC、PFSによる超広域宇宙探査
目標：
宇宙望遠鏡との共同宇宙探査
ダークマターの性質解明。
ダークエネルギーの性質解明。
ニュートリノ質量の決定。
HSC、PFSによる銀河進化の研究
目標：銀河の急成長・形態獲得・星形成の物理過程の探求。
HSC/PFS(可視光）で見えない、ULTIMATE（赤外線）による宇宙最初期の天体形成過程の探査。

ULTIMATEによる宇宙最初期の天体探査

多様な観測装置による重力波源、ニュートリノ源の追跡観測
目標：
多様な重力波源の追跡観測により、宇宙における元素合成の概要を解明。
ニュートリノ源等の高エネルギー現象の原因天体を特定。
IRDによる地球型系外惑星候補天体探査
目標：
多様な地球型系外惑星候補天体を同定し、その性質を解明

ALMAでの研究に発展

広視野高解像赤外線観測装置ULTIMATE

近赤外ドップラー分光装置IRD

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すばる２計画のもたらす多様な天文学
すばる望遠鏡は国際共同利用により、天文学の広い研究領域における科学的成果を挙げ続けている。すばる2では、目玉となる超広視野観測に加えて多彩な観測装置を提供するとともに、大規模サーベイデータを活用して多様な研究を展開する。
130億光年かなたに原始銀河団を発見(播金他2019)

オーロラによる木星大気の加熱機構の解明(Sinclair他2019)

史上最大の暗黒物質の地図(大栗他
2018)

観測的宇宙論
暗黒物質・宇宙膨張
銀河形成・銀河進化
初期宇宙探査

太陽系天体

すばる2

130億光年かなたに大量の超巨大ブラックホールを発見（松岡他、2019）

活動銀河中心核
巨大ブラックホール

系外惑星・惑星形成
恒星・突発天体

銀河進化
近傍銀河研究銀河考古学
近傍銀河
NGC1068に過去の銀河合体の証拠を発見(田中他2017)

若い恒星の周りの原始惑星系円盤の構造解明(Currie他2019)

銀河系
星間物質

中性子星がったからの光赤外線放射観測による重元素起源の解明（内海他、2017）

銀河系中心の超巨大ブラッ
クホール近傍を周る恒星の運動観測による一般相対論の検証（Do他、2019）すばる2の国際連携
Roman Euclid

GMT

KAGRA

宇宙望遠鏡

E-ELT

すばる2は国際的な天体観測網の中で確固たる地位を築き、連携して科学研究を推進する。

eROSITA

超高感度・超高解像度

アルマ

マルチメッセンジャー
アイスキューブ

多波長観測

Keck

TMT
ルービン
天文台

多彩な分光観測
北天・南天の分担・協力

超広視野撮像

国際協力
観測装置開発(PFS, ULTIMATE, etc.)
国内外の機関・大学との科学的協力

Geminiすばる2

柔軟性・機動性
南天のアクセス

超広視野観測近赤外線観測国際共同利用TAO
せいめい

機動性・柔軟性

10

赤外線観測

10

11

すばる2とTMTが明らかにする宇宙の姿
多様な地球型系外惑星候補天体を同定し、その特徴を調査

地球型惑星

間接探査の手法で地球型惑星をもつ天体を検出
銀河の急成長期（約100億年前）の物理過程の解明。
HSC/PFS（可視光）で見えない、ULTIMATE（赤外線）による宇宙最初期の天体形成過程の調査。

地球軌道サイズ地球型系外惑星の直接検出
初代星に予想さ 惑星大気の分光観測れるスペクトル→生命の兆候探査

初代星集団
(想像図)

100nm

200nm

（赤方偏移により赤外線で観測される）

重力波・ニュートリノ検出
後の速やかな広視野探査の電磁波対応天体を検出

超広視野探査2030年代光の強さ

2020年代多様な重力波源の追跡観測により、宇宙における元素合成の概要を把握。
ニュートリノ源等の高エネルギー現象の原因天体を特定。

NASA/ESA

光の強さ

広視野探査で初代銀河候補を検出

Sr

Sr

波長（ナノメートル）初代星からの光の直接検出→初代星の形成時期と性質の解明

電磁波対応天体の分光観測→爆発機構・宇宙における元素合成の詳細な解明

超高感度
高解像度

すばる2とTMTの共通する基盤技術
大型光学系
PFS分光器
マルチレーザーによる大気トモグラフィー

ULTIMATE
可変形副鏡

補償光学

機械設計・構造解析
望遠鏡本体構造
TMT系外惑星装置を目指した開発

TMT主鏡の非球面研磨

TMTの分割主鏡交換システムすばる２を超えて• すばる３は本当に要るのか？
• すばる３には何を期待するのか？

2021/9/9

光赤天連シンポ202112

すばる前夜の岡山観測所• すばるが完成した後、岡山観測所は必要か？
1. 国内プラットフォームとして維持
2. 大学に移管
3. 実験的施設として活用• 結局どうなったか• 1.で凌ぎつつ（HIDESを中心として、系外惑星探査という新しい研究領域を切り拓き、ISLE、KOOLSによって多様な共同利用の需要を満たした）、3.を志向し（MITSuME、OAO-WFCなどを推進しつつ、188cm望遠鏡ではHBS、MUSCUTなどを運用）、さいごは2.（188cm望遠鏡の東工大への運用移管、せいめい望遠鏡の運用支援）に落ち着いた。
• ただし、このすべてのプロセスにはおよそ20年を要した。つまり、成果を出している観測所の将来を大きく変えるのは簡単ではない。
2021/9/9

光赤天連シンポ202113

現在のすばる• 科学的成果は出ている。プロポーザルの競争率は高く、コミュニティの需要はなお非常に高い。
• 次世代観測装置は開発途上であり、それらの装置に対するコミュニティの期待は大変高い。
• ハワイ地元への貢献は大変大きい。

• 多数の雇用と地元への経済貢献（RCUHで60名超の雇用、職員の生活費の地元還元、運用経費（電気、水、廃棄物など）、地元業者への各種発注など）• 地元の科学教育への貢献• 日系人社会への支援• これらはいずれも突然停止されると、ハワイ地元コミュニティへの影響は甚大。特に、雇用については、大量の解雇者が出る。こうした事態は、すばるだけの話ではなく、ハワイにおける天文学研究活動への影響も甚大。
2021/9/9

光赤天連シンポ2021

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すばる2のコンセプト• すばる小委員会（SAC）からの提言• すばる望遠鏡はこれから広視野サーベイ観測に特化すべきである。具体的には• 広視野可視光撮像
 HSC• 広視野可視光多天体分光  PFS• 広視野赤外線観測
 ULTIMATEの３つの機能を装備し、これらを基軸に戦略的な観測を進めることを推奨する。

2021/9/9

光赤天連シンポ2021

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すばるをどうするのか？
• TMT、次世代宇宙望遠鏡、などがある中で、2030年代に本当にすばるは必要なのか？
• ただ、今のままのすばるがほしい、というのはもはや通用しない。
• 科学的価値がなりより重要。すばるクラスになると、「これまで頑張っているんだから、これからも認めてください」は成り立たない。
• コミュニティからの強い支援と、具体的かつ魅力ある科学戦
略がないと、すばる2以降は(すばる2さえも)、いつ、運用経費がゼロと査定されてもおかしくはない。
• いずれにせよ、運用の簡素化と運用経費の削減は必須。フ
ルリモート観測、ロボット観測、機能削減＝観測装置削減
2021/9/9

光赤天連シンポ202116

厳しい財政状況
NINS/NAOJ
運営費交付金概算要求

補正予算 ネットワーク増強

災害復旧経費（補正予算）

補正予算 主鏡蒸着装置改修

250090

施設整備費
空調設備改修Million JPY単位：100万円(~20:¥110, 21:¥105/USD)428
2000

216

297

313

1500

1000

322
2237

1940

1690

1690

1217

2013

2014

2015

2016

395

165

152
134

176
141

200

249

260

1017

1017

983

2019

2020

2021

181

PFS, GLAO
Aプロジェクト
経費

1649

500

0659

2017

2018

通常運用経費

もはや、概算要求（フロンティア予算）だけでは通常運用経費も不足。
老朽化対策費は、補正予算でしか措置されない。開発費・・・。
光赤天連シンポ2021
2021/9/9「すばる２」でのV字回復は・・・？？？

17

すばる3のコンセプト• すばる3のコンセプトは？ 広視野観測追求で大丈夫か？
すばる2を超えるコンセプトは？
• どういった方向に向かうべきか？

• どのような観測装置を開発するのか？
• ULTIMATEは2032年では稼働から4年程度脂が乗っている。
HSC、PFSは生きている。
• 新たな装置か、アップグレード（CMOS-HSC？、IR-HSC？、IFU-PFS？）か。
• 戦略的な方向性の検討が必要。

• TMT（＋GMT）との連携は当然として、それだけで2030年代をやっていけるのか？
• Rubin、宇宙望遠鏡群、MSEなどとの連携、そうした最先端装置の中での存在感をどう担保していくのか？
2021/9/9

光赤天連シンポ2021

18

Subaru Instrumentation Plan
2021
Primary
(PF)

2022

2023

(Cs)

2025

2026

2027

HSC
PFS
SWIMS
ULTIMATE
WFIMOIRCS

2028

2029

2030

2031

Alternation？
End?

FOCAS
Cassegrain

2024

New
Instrument？

Endhibernation

ULTIMATE
MOIRCS

Nasmyth
(Ns)

HDS
IRCS

End?

TBD

SCExAOIRD
CHARIS
AO188

TBD
2021/9/9

GLAO

TBD

GLAO

19先達の例：CFHT• 特徴ある装置ラインアップ• MegaPrime, a wide 1 degree field 0.18“ pixels imager HSC
• WIRCam, a wide-field infrared camera (20'x20', 0.3" pixels)
 ULTIMATE• ESPaDOnS, an Echelle SpectroPolarimetric Device for highresolution spectroscopy and polarimetry  HDS• SITELLE, an optical imaging Fourier transform spectrometer(IFTS)  ??
• SPIRou, a near-infrared spectropolarimeter with highradial-velocity precision  IRD

2021/9/9

光赤天連シンポ2021

20先達の例：CFHT• 観測時間の集中投資：大規模プログラム• CFIS, the Canada-France Imaging Survey (MegaPrime) HSC-SSP• VESTIGE: A Virgo Environmental Survey Tracing Ionised
Gas Emission (MegaPrime)• SLS, the SPIRou Legacy Survey (SPIRou)  IRD-SSP• SIGNALS, the Star formation, Ionized Gas, and Nebular
Abundances Legacy Survey (SITELLE)

ある程度バラエティに富んだ装置を運用しつつ、集中的時間投資で成果を挙げている。装置ラインアップ（多様性）の確保とレガシーデータの生産のバランスが重要。
2021/9/9

光赤天連シンポ202121

査読論文出版数の推移（他の天文台との比較）
200

望遠鏡1台当たりの論文出版数

180
160
140
Gemini

120

Keck

100

VLT

80

CFHT60Subaru40
2001357911131517

観測開始からの年数
2021/9/9

光赤天連シンポ2021

192123
2019/06/1122

建設後40年を超えた望遠鏡の活躍
200

Subaru2180

Subaru160

Subaru3

Keck
CFHT

140120VLT100806040

CFHT Large Programs

2002021/9/9

CFHT Legacy Survey
2123252729

光赤天連シンポ2021

3133353723