Roman(Nancy Grace Roman Space Telescope)
米国Decadal survey2010大型衛星1位

HST,JWSTにつづくNASA最優先の次期旗艦大型衛星
近赤外広視野サーベイ衛星(2026年打上)住（阪大） Romanプリプロジェクト•宇宙の加速膨張の起源を解明
暗黒エネルギー/修正重力•系外惑星の形成過程の解明
系外惑星（マイクロレンズ）•宇宙生命探査への技術実証
系外惑星（コロナグラフ）•幅広い科学研究
公募観測（25%,1.5年）

2021/9/7, 光赤天連シンポジウム ＠online

RomanWFIRST-AFTA• 口径：2.4m (HSTと同じ)、NRO（国家偵察局）から譲渡• 軌道：L2• 広視野分光撮像カメラ(0.28deg2)
可視光・近赤外（0.6-2.3μm）270K• コロナグラフ装置• 寿命：5.3年(目標10年：サービス可能)
Solar Array
Figure 3-5: The telescope entrance pupil

Outer Barrel Assembly(OBA)

Sunshade
Figure 3-4: The telescope components without the outerbarrel assembly.

Spacecraft Bus
and thermal distortions whileCGI
providing superior stiff- WFIness and stability. The structure has active thermaland heaters. The telescope control electronics arelocated in an electronics box in the spacecraft andperform higher control functions such as commanding
actuators and managing thermal set-points. Thesehigher-level commands are sent through cabling tolocal boxes on the telescope where they are converted to low-level signals and sent to the devices themselves. Each subsystem has a similar functional content with heaters, thermal sensors, and actuators. The
exception to this overall architecture is control of telescope survival heaters. They are controlled directly by
the spacecraft avionics to ensure operation in theevent of an intermediate electronic failure.
The cost, schedule, and technical risk associated広視野カメラ• 視野：0.28deg2
4k x 4k H4RG-10検出器18個• 可視光・近赤外（0.6-2.3μm） 288 Mpixels, 0.11arcsec/pix

ハッブル望遠鏡の視野のSlitless spectroscopy with grism in filter wheel• 90倍（可視光）• 200倍（近赤外） 最遠方銀河等をハッブルの２００倍発見可能Roman Survey volume
andSurveys
Sensitivity
WFIRSTØ Multiple surveys:§ High Latitude Survey• Imaging, spectroscopy,
supernova monitoring§ Repeated Observationsof Bulge Fields for
microlensing§ 25% Guest Observer
Program§ CoronagraphObservations

Ø Flexibility to choose
optimal approach
12/17/18

49

Filters• 8 imaging filters• Spectroscopy via prism(0.6-1.8μm,R〜100,〜24AB)
grism (1.0-1.9μm, R〜600,〜22AB)

F213 filter (1.95-2.3 micron) が追加

Flux Fν (μ Jy)

Hubble x 200 Discovery of High-z Galaxies
DRM1
WFIRST-2.4

Wavelength (μm)

z = 10.8 Galaxy

Precise measurements ofGalaxy clustering
Structure evolution
up to high z

7

弱重力レンズによる暗黒物質分布

WFIRSTで５億個の銀河の形を測定

Figure 2-12: Mass density contours around the cluster MACS J1206.2-0848 derived from a ground-based weaklensing survey with Subaru (red) vs. a weak lensing study with HST/ACS+WFC3 (white). The 10x higher surface density of lensed galaxies achieved from space yields ~3x higher spatial resolution maps. The HST data
shown here is representative of the WFIRST-2.4 HLS. WFIRST-2.4 will make a map of this quality over 2,000

宇宙の加速膨張の起源を解明(〜2.5年観測)u これまでにない深く、広い、銀河分布サーベイ
2000平方度、撮像(YJH, H<26.7)＋分光 (R~600)• 数十億個の銀河を発見• 遠方銀河の密集度を測定!"#$%&&#'#(%)*+,$#-.%+/*0+$01$)"#$2• ５億個の銀河の形を測定
à・弱い重力レンズ現象（WL）
・Red shift space distortion (RSD)・Baryon Acoustic Oscillation (BAO)

暗黒物質、
構造進化

宇宙の加速膨張史

uこれまでになく深いIa型超新星探査• 遠方のIa型超新星を〜1500個検出

L0+'#H$#)$%'$6FDD$$456$789%$"/01'2*%31,+1'%+'4##1$1,4-%*5''4-'
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MG&'*A$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$9>N2$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$

加速膨張の起源が暗黒エネルギーなのか？
アインシュタイン重力理論に修正が必要なのか？を解明

2021/9/7

Figure 3-28: The footprint of the WFIRST-2.4 observations. The red region shows the HLS, the blue shows the supernova survey, and the magenta spot shows the microlensing survey. The HLS footprint area is 2054 deg2.

Roman Observational fields
Available for GO

現在検討中
Figure 3-29: The amount of time during the 5-year primary mission during which each field would be accessible by the
GO program, with no re-scheduling of other observations, as determined by a Monte Carlo analysis. Fields within 36°of the ecliptic poles are available for the great majority of this time since they always satisfy the Sun angle constraint,with only occasional cutouts due to the Earth. Fields near the Ecliptic are available only part of the year. The Galactic
bulge region near RA=270°, Dec=30° has the lowest availability because most of the time when it is accessible it isused by the microlensing program. Nevertheless it still satisfies the requirement of being available in multiple years.

critical HLS observations taking into account the distribution of GO programs will endow WFIRST-2.4 witheven more flexibility.

Section 3: WFIRST-2.4 DRM

The plan presented here is only one possible
example of what WFIRST-2.4 might do, but it
demonstrates that the strategic programs are all

82

Galactic Plane
Ecliptic Plane
Celestial Equator

Microlensing
FieldsHigh-Latitude
Survey Area
SN Fields期待される成果の例
Roman

Figure 2-10: Cumulative (HLS)
numberでの高赤方偏移銀of high-z galaxies ex高銀緯領域サーベイ
pected in the HLS. JWST will be able to follow-up on
河数の累積分布。高赤方偏移銀河の理解には、
these high z galaxies and make detailed observations of
広視野のRomanと大口径の JWST/ TMTによる
their properties. For understanding the earliest galaxies,
詳細な追観測とのシナジーが非常に強力
the synergy of a wide-field telescope that can discoverluminous or highly magnified systems and a large aperture telescope that can characterize them is essential;
WFIRST-2.4 and JWST are much more powerful thanFigure 2-11: The ratio of the cumulative number of hRomanのWL測定で得られる物質のredshift galaxies detected with WFIRST-2.4 to the nエネルギー密度Ωmと構造形成の進
ber detected with a smaller
DRM1 version of WFIR
行度合いS
8の制限の予測The 2.4 m apertureyields up to 20 times more hig
galaxies.

higher galaxy density will allow the dark matter tomapped to a spatial resolution of ~40 – 50 kpc. W

期待される成果の例
暗黒エネルギー/修正重力Figure 2-7: Δχ2 = 1 error ellipses on the value of the darkenergyequation-of-state parameter w at redshift z = 0.47
Romanによる暗黒エネルギーの状(the redshift at which it is best determined by WFIRST態方程式パラメータ(w, todw/da)
2.4)
and its derivative with respect
expansionのfactordw/da. The green ellipse, centered here on the cosmolog制限の予想。
ical constant model (w = -1, dw/da = 0), represents current
constraints
from a combination of(w =state-of-the-art-1, dw/da= 0 の場合
CMB, SN, BAO, and H0 data.20 For this figure, we haveが宇宙定数に対応)
imaginedthat the true cosmology is w(z=0.47) = -1.022
and dw/da = -0.18, well within current observational constraints. The black ellipse shows the error forecast for

Romanによる修正重力理論パラメータの制限予測。
μは非相対論的物質（バリオン、ダークマターなど）が感じる重力の変更、Σは相対論的物質（光子）が感じる重力の変更を記述するパラメータ。上図は、一般相対論が真の重力理論である場合(μ=Σ=0）

Microlensing planet search by Roman
2 Earth mass
Earth mass
0.5 Earth mass
No planet

3
3.5
Magnification

Magnification
by stellar lensMagnification3

2.5

Deviation Dueto Planet

2.5

2

1.5
-20

•
•
•
•

Offset from peak gives
projected separation
-10

0
日

10

300M stars in 2 deg.2in the GB
15min cadence in ２４hrs, 72 days
６ seasons（1.2yr total）
27,000 microlensing events

2
20

9.2

9.4

9.6

9.8

Simulated light curve
４−５hrs signal by Earth mass planet

Expect 1400 exoplantes(Penny+2019)(~200 less than 3Earth mass）~250 free-floating planet (Johnson+2020)

重力マイクロレンズよる惑星分布解明（〜１年観測）惑星：14００個(3地球質量以下:約2百個）
地上より２桁軽い惑星検出

Roman

軌道半径（天文単位）

水星以外全ての太陽系惑星を検出可能Keplerと合わせて全ての種類の惑星の分布を解明
ー＞
惑星形成過程の解明

AFTA Coronagraph Instrument

コロナグラフ装置による惑星直接観測

ExoPlanet Exploration Program

Telescope

Wide field
instrument

Coronagraph
Instrument• 可視光• コントラスト：5x10-8• 観測可能最小半径：
100ミリ秒角@400nm• 分光：R=50• 偏光観測機能あり
WFIRST final report May 23, 2013
• 技術実証観測〜0.3年
http://wfirst.gsfc.nasa.gov/

Exoplanet
Direct imaging

Exoplanet
Spectroscopy• 近傍巨大ガス惑星、氷惑星の撮像、分光• 残骸円盤・原始惑星系円盤

AFTA Coronagraph Instrument will:• Characterize the spectra of over a dozen
radial velocity planets.
• Discover and characterize up to a dozen
more ice and gas giants.
• Provide crucial information on the physics ofplanetary atmospheres and clues to planet
formation.
• Respond to decadal survey to maturecoronagraph technologies, leading to firstimages of a nearby Earth.

• スペースで初の波面補償を用いた本格コロナグラフ• LUVOIR, HabExによる地球外生命探査への技術実証

8

WFIRST Brings Humanity Closer to
WFIRST進捗
Characterizing exo-Earths

If present performance
predictions are realized, there
is potential for:• 1000-fold improvement
over present capabilities.
• Dozens of planets withinreach of characterization• Detection limit can reachsuper-Earths

12/17/18

13

GO & Archive sciences
1. Open Cluster and Star Forming Region IMFs to Planetary Mass!"#$%&'()%*#'+,-./0'1"#$%&2324)%*#567&2#"4"289:!
2. Exoplanet via transit andAstrometry"#$%&'!()&*+&'!
3. High-precision IR CMDs';"<38*9=#1'
of stellar populations.
()*9#8'8*":$)")$9#"&'&%#4$#8'$4'"'*%>"*3"?&%'7@A4$<"&'7@%#9>%#9#2'B"44$:%'9?6%<)4'1$4)9*)'47"<%C)$>%')9'
4. Quasars as a Reference
Frame for Proper Motion Studies)@%' %D)%#)' )@")' &$8@)' 49=*<%4' &A$#8' 1$*%<)&A' "&9#8' )@%' &$#%' 9E' 4$8@)' ?%@$#1' )@%>' <"#' "77%"*' >=&)$7&AC$>"8%1' +4%%' (<@#%$1%*' FGGH' E9*' "' *%:$%I/2' J@%#' )@$4' *"*%' "&$8#>%#)' 9<<=*40' I%' "*%' 8$:%#K' +L/' )@%'
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5. Proper Motions and Parallaxesof Disk and Bulge Stars<=**%#)' )%<@#9&98A2' J@$&%' )@%' "77*9D$>")%&A' FGG' 8"&"DAC4<"&%' 4)*9#8' &%#4%4' I%' 3#9I' 9E' <=**%#)&A'
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6. White dwarfs.
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7. Nearby Galaxies'($>7&A' >"3$#8' "' 7*%<$4%' >%"4=*%>%#)' 9E' &%#4' 4)")$4)$<4' 7*9:$1%4' <94>98*"7@$<' $#E9*>")$9#' E*9>' )@%'
8. Galaxy Structure and Morphology)9)"&' &%#4' <9=#)40' )@%' 49C<"&&%1' U&%#4' *%14@$E)' )%4)V' +%2820' W"7%&9' X' Y")"*"6"#' FGGZ/2' [E' )@%' &%#4' >"44'
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9. Evolution of Massive Galaxies?%@$#1' )@%' &%#4$#8' 8"&"DA' 9*' <&=4)%*0' )@%' &%#4' 8%9>%)*A' <"#' ?%' =4%1' )9' >%"4=*%' *")$94' 9E' 1$4)"#<%4'\'<9>79=#1'&%#4%4'"*%'4)"#1"*1'*914'E9*'7*9?$#8')@%']#$:%*4%^4'%D7"#4$9#'3$#%>")$<4'I$)@'@$8@'7*%<$4$9#'
10.Distant, High Mass Clustersof Galaxies+_9&4%'%)'"&2'FGGF0'_":"NN$'%)'"&2'FGG`/2'P9I%:%*'8"&"DAC4<"&%'<9>79=#1'&%#4%4'"*%'*"*%0')A7$<"&&A'6=4)'La'
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11.Obscured Quasars&%#4%42''
12.Strongly Lensed Quasars
JR[b(Q';"4%1'9#'P=??&%'4=*:%A4'9E'"'E%I'4O="*%'1%8*%%40'I%'
13.Strong Lensing%D7%<)'4)*9#8'&%#4%4')9'@":%'"#'"?=#1"#<%'9E'"?9=)'14.High-Redshift Quasars LG'7%*'4O="*%'1%8*%%'+R"=*%'%)'"&2'FGG`/0'4=88%4)$#8'
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16.Probing the Epoch of Reionization
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Sample GO Program
Subaru-WFIRSTシナジー観測
Assembly of Galaxies
Andromeda - PHAT Survey
The Hubble Way

25% of M31’s Disk, Imaged at High Resolution(400+ individual pointings)

The WFIRST Way(2 pointings)

WFIRST will survey nearby galaxies 100x faster than Hubble
12/17/18

6

Unique Probe of Stellar Populations
and Nearby Galaxies
Resolve and characterize stellar pops out tolarge distances (47 Tuc and SMC - Kalirai et al. 2012)
Ultra-deep imaging of galaxy halos(M63 - Martinez-Delgado et al. 2010)19

Roman status
1. 2020/2 NASA予定通り進行中(phase C)
2. 2020/5 Nancy Grace Roman Space
Telescopeに改名
3. 主鏡副鏡、研磨、コーティング完成。
4. 広視野装置WFI CDR(Critical Design Review)をパス。
5. Ksバンドフィルター追加決定
6. 2021/4 CGI CDRをパス
7. 2021/7 地上系 CDR
8. 検出器２０枚選定
9. 2021/9 NASA Mission CDR

日本のRoman参加への活動
•
•
•
•
•

2010/12、初期WFIRST Science Definition Team(SDT)に住が参加
2013/7、WFIRST-AFTA SDTにJAXA代表として山田亨（ISAS）が参加。
2013/８、「WFIRST 連絡会」立ち上げ。 山田亨（代表）、住（幹事）、 約３０人
2014/2、コロナグラフ開発 WACO WG設立
田村（PI,東大,NAOJ) 早期の具体的検討が必至なコロナグラフ装置検討を先行
2015/3、SDT final report（日本の潜在的興味の表明を記載、他欧州、カナダ、韓国）• 2016/1、WFIRST WGが承認(PI:住)（WACOからの発展的改組）
2016/2、 NASA started phase A. FSWG 開始• 2016/6、山田(亨)がJAXA repとして、NASA FSWGにオブザーバ参加• 2016/9-10、Subaru SACの承認。天文台、阪大からISASへLoI•••

2017/3、ISAS戦略的基礎開発予算（コロナグラフ）採択
2017/3、ISAS国際調整旅費採択
2018/3、ISAS戦略的基礎開発予算（コロナグラフ）採択• 2017/9、日本の参加計画提案書（海外戦略的協力ミッション）をJAXA首脳部へ提出• 2020/3 JAXA-NASA LOA にサイン（MOU準備中）• Roman Science Integration Team (SIT)に日本から24人参加。
• 2021年2月、JAXAミッション定義審査を通過し、Phase Aに進み、プリプロジェクトチーム（７名、サイエンスチーム６４名）で推進中。
• コロナグラフ装置、光学系の試作・実機の一部をNASAに納入済

JAXA Roman team members joined to SIT
Roman

24 SIT member,、10 Domestic member

1. “COSMOLOGY WITH THE WFIRST HIGH LATITUDE SURVEY” (Chair: Olivier Dore )Masahiro Takada (U.tokyo, IPMU), Hironao Miyatake (Nagoya U.), Tomomi Sunayama(Nagoya U.)
2. “OPTIMIZING THE WFIRST TYPE IA SUPERNOVA SURVEY” (Ryan Foley)
Naoki Yasuda (U.tokyo, IPMU) Takashi Moriya (NAOJ),Yuji Urata (National Central University, Taipei)
3. "INVESTIGATING THE NATURE OF DARK ENERGY USING TYPE IA SUPERNOVAE WITH WFIRST-AFTA SPACE MISSION” (Saul
Perlmutter)
Nao Suzuki (U.tokyo, IPMU), Tomoki Morokuma (U.Tokyo, IoA)-----------------------Exoplanet Microlensing
4. "PREPARING FOR THE WFIRST MICROLENSING SURVEY: SIMULATIONS, REQUIREMENTS, SURVEY STRATEGIES, AND PRECURSOROBSERVATIONS” (Scott Gaudi)
Takahiro Sumi (Osaka U.), Daisuke Suzuki (Osaka U.), Naoki Koshimoto (U.Tokyo), Kento Masuda (Osaka U.)-----------------------Exoplanet Coronagraphs
5. “ OPTIMIZING WFIRST CORONAGRAPH SCIENCE”(Bruce Macintosh)
Motohide Tamura (U. Tokyo/ABC), Taichi Uyama(Caltech/IPAC), Naoshi Murakami (Hokkaido U.)
6. "HARNESSING THE POWER OF THE WFIRST-CORONAGRAPH: A COORDINATED PLAN FOR EXOPLANET AND DISKSCIENCE”(Margaret Turnbull )Taro Matsuo (Nagoya U.), Satoshi Ito(ISAS/JAXA)-----------------------Guest Investigator (GI)/Guest Observer (GO) science
7. "WFIRST EXTRAGALACTIC POTENTIAL OBSERVATIONS (EXPO) SCIENCE INVESTIGATION TEAM”(Brant Robertson)
Tadayuki Kodama (Tohoku U.), Takashi Moriya (NAOJ) Kimihiko Nakajima (NAOJ), Rhythm Shimakawa （NAOJ）!"#“$%&'()#$*%+(,#%&*+-+./#&.-+01#'-2-31#(4+5.1” 60789:;<8#$<==<:;>?
@:>:ABC<#,:8:C:#6&-DE?F(:CBG:CH#DC:;HIH#6&-DE?
9.“ARCHIVAL RESEARCH CAPABILITIES OF THE WFIRST DATA SET “(Alexander Szalay)
Yusei Koyama (NAOJ) , Hisanori Furusawa(NAOJ),Masao Hayashi (NAOJ/Subaru), Tsuyoshi Terai (NAOJ/Subaru)
10.“COSMIC DAWN WITH WFIRST” (James Rhoads)
Masami Ouchi (U. Tokyo, ICRR/NAOJ) Yuichi Harikane (NAOJ/UCL), Daisuke Yonetoku (Kanazawa U.) Masafusa Onoue（MPIA）
11. “RESOLVING THE MILKY WAY WITH WFIRST” (Jason KaliraiàJason Tumlison)
Noriyuki Matsunaga (U.Tokyo IoA) Shogo Nishiyama (Miyagi Kyoiu U), Riku Urago (Kagoshima U.)

The activities continue with New science teams

日本の貢献案および検討状況■ 宇宙研Romanプリプロジェクトで以下をひとつのパッケージとして推進

１．すばる望遠鏡によるRoman Synergy Survey(2026年ごろ〜100晩)
1. photo-zのキャリブレーション
2. 狭帯域フィルター etc...

口径8.2mコミュニティ、ハワイ観測所長、国立天文台長及び、すばる委員会よりコミットメントの合意を得た。

２．Roman コロナグラフ装置における機能強化••

偏光撮像機能の付加EM制作済、実機制作中
コロナグラフマスク基板製作 製作済

３．地上局による貢献(Ka-band downlink)•

日本のタイムゾーンでの基地局運用は大きなメリット

実施の技術的検討段階
４．地上マイクロレンズデータ提供（MOA）合意
地上赤外マイクロレンズ同時観測（阪大）合意
GREAT:口径54m

Roman-Subaruシナジー観測l Romanへの日本の貢献案の柱である。
l ２０２０年代、存在意義を問われるすばるの能力を最大限活用。
l 巨大プロジェクトRomanに比較的小さな持ち出しで参加できる、非常に大きなレバレッジ効果がある。（Roman側にとっても同じ）
l 観測提案を公募し、Roman-Jチーム、NASA Roman FSWGでつくるステアリングコミッティーを中心に、コミュニティで検討。

• メインサーベイを補完・強化する。
• GOで新たな観測を提案する。

Table 3.

White paper
SubaruWFIRST
synergistic
observation
2016/5/15: callfor white paper
30 proposals by
82 people
7/16, released at
http://iral2.ess.sci.osakau.ac.jp/~sumi/Subaru-WFIRST-Synergy.pdf

Proposed Synergy Programs and required instruments on Subaru

Science Program
Cosmology/Extragalactic Astrophysics
Cosmology with large-scale structure probes
Quasars in the Reionization Era
Finding and Characterizing high-z Clusters
Searching for Bright Lensed high-z Galaxies
Protoclusters across Cosmic Time
Protoclusters in the Reionization Epoch
Precise photo-z for Weak Lensing
Low-Mass Galaxies at up to z ⇠ 1.5
Galaxy and IGM Co-Evolution
Superluminous SNe at Reionization Epoch
Mass Assembly History of Galaxies since z=4
Galactic Astrophysics / Local Volume
Milky Way Disk Flare behind the Bulge
Deep NIR Imaging of the Galactic Bulge
Hypervelocity Stars in the Galactic Bulge
Dark Matter on Dwarf Spheroidal Galaxies
Structure of the Galactic Outer Stellar Disk
Stellar Astrophysics
Low-Mass End of the Initial Mass Function
Bulge Stellar IMF & Low Mass Close Binary
Dust Condensation Region around AGB Stars
Properties of the Bulge Dwarfs by IR Spectra
Solar System
Surface Characterization of TNOs
Water Ices in the Inner Solar System
Exoplanets
Probing Dust Grains in Circumstellar Disks
Polarimetry of Planets/Protoplanetary Disks
Exoplanets Search by Astrometry
Extinction in WFIRST Microlensing Fields
Concurrent Microlensing Observations
Imaging of Microlensing Planetary Hosts
Characterization of Transiting Exoplanets
Exoplanets around Late-M Dwarfs

Authors
Takada+Matsuoka+
Oguri
Oguri
Toshikawa+Toshikawa+Tanaka+Yabe+
Ouchi+Moriya+Kodama+Matsunaga+
Nakada +Nishiyama
Hayashi+Toyouchi+TomidaIta
Ueta+
Fukui+

HSC

–
–
–
–
–
–

–
–
–

–

–
–
–

–
–
–

Terai
YoshidaMuto
Murakami+
Yamaguchi+
Suzuki+Suzuki+
Fukui+
NaritaKuzuhara+

PFS

–
–
–

–
–
–

–
–

IRD

SCE

ULT

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Note. — SCE and ULT indicate the SCExAO and the ULTIMATE-Subaru, respectively.

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Organized by JAXA WFIRST WG, Hawaii observatory, NASAWFIRST FSWG
Participants:>90, including 16 from US, WFIRST FSWG, SIT

Scope:
l Share the interests from Japan and US
l Share the requirements from Subaru & WFIRSTl Start considering the overall strategy
l Define the rough schedulel Define the organization

Expected timeline.
YEAR
2017

1st Workshop

Collecting ideas, broad interest

2018

2nd Workshop

Possible
programssummarized in WP

2019

3rd Workshop as a session in Possible programs in various
Subaru 20th Meeting
different science fields

2020

Preliminary proposal
development2021

4th Workshop
NASA
Roman
Team(s) Solicitationèdevelopmentof
preliminary‘candidate programs’
Science2022 TBD

Consolidating the Program

2023 TBD

Proposal Planning, Teaming

2024 TBD

Final Proposal Submission

2026 TBD

Scheduling

Front-loading program?

The proposal of the consolidated
program will be reviewed bySubaru Advisory CommitteeシナジーWSの結果を白書にまとめた。
Enabling Breakthrough Science with the Subaru
Telescope and the Wide Field Infrared Survey Telescope
Enabling
Breakthrough Science with the Subaru(WFIRST): A White paper for Subaru and WFIRST
Telescope and the Wide Field Infrared Survey
Communities

Telescope (WFIRST):AprilA25, 2019White paper for Subaru
2019/4/25
andWFIRST
Editors:
Jason Rhodes (Jet Communities
Propulsion Laboratory, California Institute of Technology), Takahiro Sumi
1

2

(Osaka University)

Contents
Also
submitted to: Subaru & Roman communities, US Decal
1. Executive Summary ............................................................................................................................... 1
survey2. Mission Capabilities .............................................................................................................................. 2
Principal
Editors: Jason Rhodes, T.Sumi
3. Exoplanet Microlensing......................................................................................................................... 5
Executive
Summary: D. Spergel, T. Yamada
4. Coronagraph Instrument (CGI) Support................................................................................................ 8
5.

Supernovae and Time Domain ............................................................................................................ 10

10.

Solar System Science....................................................................................................................... 23

http://www.ir.isas.jaxa.jp/WFIRST_Subaru_II/TALKS/WFI
6. Deep Fields .......................................................................................................................................... 12
7. Cosmology ........................................................................................................................................... 17
RST_Subaru_April25.pdf
8. Nearby
Galaxieswfirst.................................................................................................................................. 19
User
Name:
9. Milky Way ........................................................................................................................................... 21
Password:subaruRequired nights and conditions in WP2019.
Category/Topic

Instrumen N req.
t

condi
tion

Microlensing parallax

HSC

13.5 Bright

Microlensing NIR spec. ToO

IRD

11.2-15 Bright

Microlensing NIR concurrent

ULTIMATE

3.4 BrightCGI Support

SCExAO/CHARIS

18 Bright

CGI Support /Doppler

IRD

7 Bright

SNe Follow-up

PFS

25 Dark

SNe Live Spectroscopy

PFS

20 Dark

Deep Field Ultra-Deep

HSC

33 Dark

Deep Field
Imaging

SNe Fields HSC

8 DarkDeep Field
SpectraSNe Fields PFS

8 DarkDeep Field SNe Fields NB

HSC/PFS

6-10 Dark

Cosmology sp redshift calib.

PFS25-50 Dark

Cosmology IB redshift calib.

HSC

60 Dark

Pre-im. HSC

10 Dark

Nearby Galaxies
Halo
Milky Way Bulge HV

PFS/ULTI
MATE

4.5 Dark

Milky Way Bulge stars

IRD

15 Bright

Solar System TNO

HSC

6 DarkSolar System Minor Body/Irr

HSC

10 Dark

Irregular Satellites

HSC

6 Dark

total

321.4

312

l Total requirednights is threetimes more than reserved 100 nights(100 nights are not enough!)l 78% of required time is in Dark nightwith HSC/PFS.
l Several programs have overlapping.
Should be Combined/shared.
l Completion of the PFS Subaru
Strategic Program (SSP: a large
program up to 360 night) is delayed
to 2027. Most of Dark nights will beavailable after this.
l Due to the fact that PFS-SSP is
expected to start in 2023A and last
until 27B, Dark nights with HSC will
be relatively more available in 2022
(A,B) before SSP starts.
l front-loading of a part of our SubaruRoman Synergistic program in thistime slot may be worth considering.

コロナグラフ装置の機能強化
l 偏光撮像機能(高精度偏光分離素子)提供 EM製作済、実機製作中•惑星反射光の偏光➡実効コントラストを1-2桁向上•惑星系円盤の偏光➡地球型惑星形成領域の円盤
コロナグラフ装置

偏光ユニットウォラストンプリズム カメラレンズEM製
EM制作済. (NASA/ 作済.(NASA/
GSFCで試験中)
GSCFで試験中)

l コロナグラフマスク高面精度基板提供提供済•溶融石英基板：Hybrid-Lyot コロナグラフ用焦点面マスク
èJPLで製作成功。試験中•シリコン基板 ：Shaped Pupil コロナグラフ用瞳面マスク
èJPLで制作中

次世代スペース高コントラスト観測の基盤を作る
LUVOIR/HabExの実現に不可欠な技術

Mask substrates

Dual Beam Polarimetryl In dual-beam polarimetry, we can also use combination ofhalf-wave plate and Wollaston prism.
l But to reduce the optical components, we do not employ ahalf-wave plate.
l Experience: Subaru/HiCIAO; PlanetPOL vs. CIAO; IRSF/SIRPOL
Polarimeter
Wave-plate

Wollaston
prism

Difference Image

Orthogonal Polarizations
31

JAXA地上局によるデータ受信協力
l NASA White Sands局、ESA New Norcia局、JAXA 美笹局54mによる受信案
l Ka 26.5GHz帯で大容量受信 250Mbps, 4h/dayが要求
500Mbpsがゴール。
White Sands 10deg (In View Time)
Minimum: 8.05 hours
Maximum: 13.01 hours
Average: 10.24 hours

Madrid 10deg (In View Time)
Minimum: 5.71 hours
Maximum: 12.93 hours
Average: 10.44 hours

JAXA 20deg (In View Time)
Minimum: 5.32 hours
Maximum: 11.49 hours
Average: 8.34 hours

SE-L2など、近地球周回ではない
天文衛星・計画におけるデータ生成率

Coverage for Launch Date Orbit
September 11, 2025

ESA 10deg (In View Time)
Minimum: 7.21 hours
Maximum: 12.18 hours
Average: 10.39 hours

DSN 10deg (In View Time)
Minimum: 8.21 hours
Maximum: 13.02 hours
Average: 10.03 hours

ミッション
WMAP

軌道
L2 リサージュ

通信帯
S (2GHZ)

データ通信率667kbps

PlanckHerschel
GAIA
JWST
EuclidL2 リサージュ
L2 リサージュ
L2 リサージュ
L2 ハロー
L2

X
X
X
Ka
Ka

LiteBIRD
SPICA
KeplerTESS

L2 リサージュ
L2 ハローEarth Trailing
Inclined Earth

X
X
Ka
Ka

1.5Mbps
1.5Mbps
8.7Mbps
16Mbps74Mbps,
850Gbpd~10Mbps TBD~10Mbps TBD
4.5Mbps
100Mbpsl ２０２０年７月NASA Roman Ground System PDRでJAXA案承認
l JAXA:フェーズA(概念検討＋概念設計)
l 日本が欧米なみの受信能力を獲得する基盤整備でもある。

地上マイクロレンズ観測：PRIME(PRime-focus Infrared Mirolensing Experiment)
H２８〜特別推進研究(PI:住、阪大)

l 世界初の近赤外線による重力
マイクロレンズ系外惑星探査
lRomanの支援観測（事前観測及び同時観測）
Romanから2020年9月国内にて光学調整
2020年12月発送 H4RG-10 4枚を借用
口径:1.8m(f/2.29)
2022年10月観測棟完成
2021年12月カメラ完成@GSFC
視野:1.45平方度、2021年12月望遠鏡インストール(満月の6倍、世界最大級)
2022年 1月カメラインストール
南アフリカ共和国サザーランド観測所

The World Widest FOV in NIR withWorld Largest class NIR camera
U. of Maryland manufacture the camera @GSFC by
Loaning 4 Teledyne 4kx4k H4RG-10 from Roman team••••
予算不足も、ABC, SAAOの参加で解決

FOV:1.45deg2(0.5”/pix)
T〜80K
2 filter wheels
ACADIA electronics
Alexander Kutyrev（NASA/GSFC,UMD）
Yuki Hirao （Osaka U./GSFC）

Mass Measurements via
Simultaneous Roman-Ground obs.
• Demonstrated by Spitzerground tel.
• Roman-PRIME/ULTIMATE
can do the same

実施主体 & 予算
• すばる望遠鏡：
100夜相当(国立天文台) (過去の運用費をベースに見積ると約10億円相当 )• 地上マイクロレンズ望遠鏡： 5.5億円（建設5億円+運用0.5億円 ）（大阪大学）（科研費他獲得済み）• 地上局 Ka帯機能拡張:（JAXA）

18.4億円（建設14.8億円+運用3.6億円）• コロナグラフ制作費：2.7億円(準備0.8億円+建設1.9億円)（JAXA,ABC,北海道大学など）• 計画管理・科学協力推進：
2.5億円
39.1億円• 総額：àJAXA戦略的海外共同ミッションとして提案中
JAXAミッション定義審査を通過し、Phase Aに
à JAXA Romanプリプロジェクト（７名、サイエンスチーム64）

学術的価値l 暗黒エネルギー/アインシュタイン重力の検証と系外惑星は、宇宙物理の最重要分野の一つで、国民の関心、知的価値は高い。
l 日本の光赤外線衛星は、欧米に比べて大きく遅れており、規模も小さく機会も少ない。2030年代まで大型衛星はない。今回、初めてNASAの旗艦ミッションであるRomanへ参加し、最先端の研究、人材育成を継続的に推進するとともに、今後の日本主導の衛星開発のための技術的ステップとする。
l コロナグラフ装置の開発は実機での実証が不可欠。2030年代以降に計画されている宇宙生命探査ミッション(LUVOIR・HabEx)に繋がる重要な技術で、発展性は非常に高い。
l 地上局整備は、国内では初めてKa-band (26GHz)での受信機能を整備して、欧米並みのL2対応の広帯域通信能力を獲得する。

緊急性, 各分野での連携, 実現性
l 緊急性• Romanは2026年打ち上げを予定しており、2024年までに地上局改修を完了する必要がある。
l 各分野での連携• 宇宙論、銀河、突発天体、太陽系、系外惑星など様々な分野の理論、実験研究者６４名がサイエンスチームに参加。
l 実現性• NASA予定通り進行中(2020/2 phase C)• 2020/3 JAXA-NASA LOA にサイン（MOU準備中）• コロナグラフ装置開発、光学系の試作・実機の一部をNASAに納入済• PRIME望遠鏡は順調に制作中（科研費特別推進研究等）。
• Roman Science Integration Team (SIT)に日本から24人参加。
• 2021年2月、JAXAミッション定義審査を通過し、Phase Aに進み、プリプロジェクトチームとして推進中。

教訓• すばるは凄い(HSC, PFS etc)。てこにして大型計画に参加• できるだけ早期からの参加表明が重要
特にハードウェアの場合は、概念検討段階から。
（PRIMEの例も）。サイエンス計画検討も。
NASA大型の場合は、Decadal検討段階から(RomanはDecal後から。コミュニティに広げるのに数年)• 広い分野の方々のサポートが必要（特に若手）研究会、ミーティングで地道に意見交換• 人が大事 (宇宙研の体制、計画検討への参加、データ解析<-->NASAオープンスカイポリシー)

Summary
Romanは、広視野を利用した大統計量でせまる宇宙論／系外惑星の究極ミッション
l宇宙の加速膨張の起源(暗黒エネルギー/修正重力)l系外惑星の形成過程を解明
l幅広い宇宙科学(公募観測)
l系外生命探査のための技術実証
l日本の貢献パッケージ
1) すばるシナジー観測
2) 地上マイクロレンズデータ提供、観測
3) コロナグラフ偏光機能の提供
4) 地上局•

地上局は、予算確保が必要

OK
OK
製作中
概念検討中