岡山広視野近赤外カメラの製作
柳澤顕史 (OAO/NAOJ)

2015/12/07

観測装置技術WS

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Outline• 目指すところ• 装置概要• パイロットサーベイ結果• まとめ

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観測装置技術WS

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目指すところ• 周期光度関係をもつ変光星（Cepheid, Mira）
を利用して、inner Galaxy の円盤構造を解明することが目標。
• Inner Galaxy の円盤構造は吸収に阻まれてよくわかっていない。
• 運動学的距離は特異運動の存在により誤差が大きい

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観測装置技術WS

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脈動変光星銀河構造の理想的なプローブ• 脈動変光星– 古典的セファイド– ミラ

1. 種族トレーサ– 変光周期は、初期質量と年齢の指標

2. 距離– 周期光度関係

3. とても明るい– 小口径望遠鏡でも銀河系を見渡すことができる
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観測装置技術WS4

H-R diagram @8kpc, Ak=3.3

Apparent K Mag

5101520252015/12/07

Rafelski+, ApJ, 659:1241-1256, 2007
観測装置技術WS5

本研究• サーベイ用の広視野近赤外カメラをつくる。
• K-band で銀河面をモニタして、変光星を見つける。
• セファイド、ミラの距離を求め、銀河円盤構造を明らかにする。

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観測装置技術WS

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OAOWFC

Okayama Astrophysical Observatory Wide Field Camera

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観測装置技術WS

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稼動中の近赤外広視野カメラの視野サイズ
単色、1 shot あたり
D=4.1mVISTA:

0.77 ×0.77 deg2

D=0.91m
D=3.8mOAOWFC: 0.47 ×0.47 deg2
WFCAM: 0.46 ×0.46 deg2

D=0.8m

IRIS:

0.22 ×0.22 deg2

D=1.4mSIRIUS:

0.13 ×0.13 deg2

OAOWFC の視野は近赤外域で世界最大級
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観測装置技術WS8装置概要

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OAOWFC

Okayama Astrophysical Observatory Wide Field Camera• 広視野赤外線カメラ– 光学系:• 有効径: φ 0.91 m• フォワードカセグレン＋準シュミット• F/2.5 (the fastest optics in the NIR)

– 焦点面: φ 56mm
– 視野：
• HAWAII1• H2RG

0.48 x 0.48 sq.deg. (1.67 arcsec/pix)
0.92 × 0.92 sq.deg. （1.62 arcsec/pix）– 波長域：0.9 – 2.5 um (Y,J,H,Ks-band)– 自律式を目指している
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The OAO 0.9m Telescope before renewal• Manufacturer : NIKON (present)• Completion: 1959
• Mount : Fork Equatorial• Slew Speed: 1.5 deg / sec

2015/12/07• Manufacturer : IHI• Completion: 1959
• Rotation Speed: 3.0 deg / sec

観測装置技術WS

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OAOWFCの光学レイアウト
Cold Stop
Secondary

Field Lens (CaF2)

Collimator(s-FPL53 + s-TIL2)

Field Flattener (s-FPL53)
Tertiary Mirror

PrimaryMirror

Quasi-Schmidt

Forward Cassegrain
Detector(HAWAII)
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観測装置技術WS

Filter12

OAOWFC の構造
Turnbuckle

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観測装置技術WS

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HAWAII-1K

クライオスタットの構造 1/2

120K

410

Collimator150K<30K

Daikin V204CL
54W@80K(1st stage)
5W@20K(2nd stage)

Tertiary

Field
Lens

80K

FieldlensW = 120 kg

80K
1,776

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観測装置技術WS

14クライオスタットの構造
2/2Filter 交換機構
Ｙ J

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観測装置技術WS

H

Ks

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OAOWFCの外観

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観測装置技術WS

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OAOWFC の外観
カウンターウエイト

防滴19インチラック。温度コントローラ、フィルター交換コントローラ、焦点調節コントローラ・他を搭載

2014/11/28
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検出器制御コントローラ
Messia 5
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GP026_025_2015052617_141_coadd.fits 8 frames combined

全域にわたりFWHM~ 2pixを達成した。

観測装置技術WS
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91cm望遠鏡駆動系の改修

RA,DECともに、微動系にサーボモータを取り付けて制御。
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指向精度は 5.0 arcsec RMS

観測装置技術WS

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SecondaryMirror

オートフォーカス• 主鏡ー副鏡間の距離変化をリアルタイム補償– OAOWFC ピント調節は副鏡の移動のみ• 焦点位置補償装置– 距離基準原器• 低膨脹ガラス棒(クリアセラム)• 線膨脹係数=0.3E-7.
• L=3200mm, Δt=40℃で 4umの変化
Primary Mirror
2015/12/07– 基準原器との距離をレーザー変位センサで計測
観測装置技術WS20

空の監視： MIR cloud Sensor
some sensitivity
120 deg.

Full
Sensitivity
80 deg.

Boltwood Cloud Sensor II from Cyanogen Imaging
measures the sky screen temperature.

BWCS2 coverage

clear : Tsky = -49.2

clear : Tsky = -44.9

cloudy : Tsky = -22.4 overcast : Tsky = -9.1

OAOWFC ハードウエア・ブロック図LANRS
RS

PC0( CentralNode )Multiport
SerialCard

RS
RS
RSTS0RS(radio)
RS
RS

TS1RS
RS

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RS

NSC2004

赤道儀架台

LCU0RA encoder
DEC encoder

LCU1

Dome旋回Dome内照明

LCU2

Dome床
除湿器

LCU3

望遠鏡、ドーム電源

LCU4

PC2

USB

ZX-LDA

Messia5

鏡筒伸縮

赤外アレイ

Domeスリット

LCU5

ミラーカバーSR シャッター

LCU6

副鏡 X stage
副鏡 Y stage
副鏡 Z stage

LCU7

PC1

LCU8

Filter交換機

LKS

温度制御
観測装置技術WS

Local Control Unit: LCU の仕様
CPU: H8S2633
I/O: 50 ch / 16 ch.
シリアル通信: 3ch.
入出力電圧:最大30V

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OAOWFC ソフトウエア・ブロック図
Dome Slit
daemonStatusTelescope
daemonStatusDomedaemon
FilterdaemonCameradaemonWeather
DB

CMD
CMD

CMD
Status
CMD

Central NodeRuby/Rinda

StatusStatus
CMD
Status

CMD

CMD

StatusStatus

CMD

Slit CNTL
daemonSimpleSequencer
scheduler

Central node は、Ruby/Rinda をつかった分散共有メモリ（掲示板）。アクセス許可されたホストからは自由に読み書き可能。機器制御は非同期処理。
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観測装置技術WS23

装置のまとめ• 91cm反射望遠鏡を広視野近赤外カメラに改造した– 世界で最も速い(F/2.5)近赤外線撮像光学系– 視野は、0.48 × 0.48 deg2 でVISTAに次ぐ広さ– 結像精度 2 pixel を達成– オートフォーカス機能を付加• 装置制御は殆ど内製– ワンチップマイコンボード– Ruby/Rinda を用いた分散統合制御
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観測装置技術WS24パイロットサーベイ結果

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特定天域の場所と選択理由

[4.5]
Ks

• 技術面
– Bulgeを除いてKで最も星の多い領域なので、観測能力を試すのに適している。

HJ– この天域で解析が出来れば、同じ手法をよその天域に適用できる。

• 科学面– Scutum Arm– Cepheids は Arm に付随する。

Density of sources in the Galactic plane (|b| < 1 ◦ ) for near and midinfrared bands (J, H, K, and Spitzer/IRAC [4.5], as labeled) in the magnitude range m =6.5 to 12.5 averaged over 2 ◦ ×0.1 ◦ strips. (Benjaminet al 2005)

2MASS false color image from Aladin

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パイロットサーベイ選択天域 GP026
銀緯56 sub-areas+02+01+00-01-02+30
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+27.5

+25
観測装置技術WS

+22.5

銀経27

データ処理手順
1. ダーク引き、フラット処理
2. WCS 較正 (imwcs, SCamp)
3. 画像の重ね合わせ(SWarp, median合成)
4. PSF 測光 (PSFEx + SExtractor)– 測光フレーム総数 1,635

5. 2MASS PSC 対応天体の選別– 離角 < 1 arcsec

6. ゼロ点較正 (wrt 2MASS Ks)
7. カタログ完成– レコード数 6,305,154

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観測装置技術WS28

検出天体の分布
Nstar = 286,481

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観測装置技術WS29

測光誤差の見積もり
明るい(8.7 < Ks < 9.5)範囲で σ = 0.021
Nstar = 210,612
Nobs > 10

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観測装置技術WS

Offset の原因
zero point のずれ
2MASS の測光精度(0.02mag) 30

変光星候補各等級で、σ > 3 σ median を候補とした。

Nvar = 691

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観測装置技術WS31

変光星候補の分布
Nvar = 691

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観測装置技術WS32

変光星の周期解析例

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古典的セファイド候補の位置

OAOWFCDDO Cepheid DB
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パイロットサーベイのまとめ• 銀河面のパイロットサーベイを実施した• 特定天域（6平方度）から– 691個の変光星候補天体（ LPV, Cepheid ほか）を検出した• 長周期4割強、不規則型4割強、残り1割• Cepheid の周期をもつ30天体のうち、 17 天体(classical:11, typeII:6)同定した– Av=40m のCepheid候補を発見した。これは OAOWFC
Ks-band ならではの発見• 繰り返し測光精度 2% を実現した
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OAOWFC のサーベイ範囲

OAOWFC

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まとめ• 広視野赤外線カメラを作成した• パイロットサーベイを行い、目的である科学観測ができる事を確認した• 今後、サーベイエリアを拡張し inner Galaxyのマッピングを実施する• 研究協力者募集中– 不規則型変光星

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