SKA計画概要

杉山直Japan SKA Consortium

名古屋大学
2021/1/27

日本SKA協会
SKAJPウェビナーシリーズ#1

1

Square Kilometre Array (SKA) 概要
建設開始2021年、本運用2028年頃、SKA2の予算や時期は未定
国際合意 の下で 世界15 カ 国 が 2030 年 ま でに 2千億円強 を出資し天文台を建設・運用
SKA条約(2021.1.15~)

政府間機構
SKA天文台
意思決定機関SKA評議会
科学技術諮問委員会
財務委員会
時間割当て委員会
各種委員会
2021/1/27

Ø LOWとMIDを遠隔から一体的に運用Ø １期(SKA1)と2期(SKA2)の2段階
Ø 50年以上運用

英国本部GHQ
マンチェスター郊外
ジョドレルバンク
観測所内

豪州観測所LOW(50-350MHz)Ø SKA1は従来より10倍向上した
感度&分解能を実現

13.1万基(512局)
最大65km範囲 (SKA1)↓125万基(4880局)
最大300km (SKA2)

Ø ５大科学 （宇宙再電離・重力理論・宇宙磁場・宇宙論と銀河進化。宇宙生命）など実施

南ア観測所MID(0.35-15GHz)
197台(15m鏡と13.5m鏡)
最大150km範囲 (SKA1)↓15m鏡2000台
最大3000km (SKA2)SKAJPウェビナーシリーズ#1

日本の状況=未参加・予算未獲得

日本ではSKAJP( 登録約 230 名 )が参加を希望し10年以上活動、国立天文台 SKA1 検討グループが2022年度からのプロジェクト化を目指し企画立案中•

予算目標：建設運用に60億円•

建設分担案：性能出し(AIV)、VLBI記録系、ソフト、受信機
2

SKAの科学目標
宇宙再電離

重力理論

突発天体

天の川銀河

宇宙最初の星とブラックホールはいつどのように誕生し、そして宇宙の暗黒時代はいつ終焉したのだろうか？Subaru他

私達の知る重力の基本法則は本当に正しいのだろうか?宇宙を満たす重力波の予言は正しいのだ
ろうか？Athena他

未知の現象FRBは宇宙のどこでどのように発生しているのだろうか？強い磁場を帯びた中性子星の起源は何か？ EAVN他

予見される暗黒ガスはどこにどの程度存在するだろうか？天の川銀河の裏側はどうなっているのだ
ろうか？JWST他

宇宙論・銀河進化

宇宙磁場

活動銀河核星惑星形成

標準ビックバン宇宙論では説明がつかない宇宙の性質は存在するかのだろうか？銀河のガスはどのように変遷してきたのか？ TMT他

宇宙の磁場はいつどのようにして発生したのか？宇宙のガス大規
模構造はどのようになっているのか？ XRISM他

ブラックホールに物質はどのように落ち込み、吹き出し、そして周囲の物質にどのような影響を与えるのだろうか？ CTA他

生命の源・アミノ酸は太陽系外にも存在するのだろうか？それはこの宇宙では普遍的なのだろうか？ALMA他SKAは最も低い周波数の電磁波を唯一網羅
ngVLA/ALMA2

Subaru/JWST/TMT XRISM/Athena CTA

高周波電波赤外線低周波電波

γ線

X線

可視光線

恒星・星間・銀河間プラズマ
宇宙磁場
電波銀河
瞬発電波バースト
クェーサー 原始星・晩期星 AGN
中性子星
LOW

0.05

Band 10.3

1.0

1.4

Band 5ab

3/4

Band 21.66.7

5c

15

アミノ酸
CH
HCN
CH3OH*H2CO

HI
HI (系外銀河)
OH*(宇宙再電離)HI(天の川銀河)
2021/1/27
SKAJPウェビナーシリーズ#1

熱い宇宙

Band 6/7

22
NH3
H2O*

43

SETI? Freq.

(GHz)

SiO*

冷たい宇宙3

特にSKA1とngVLAを比べた違い
n１GHｚ以下の低周波域の観測
nサーベイ(感度x視野)に優れる• カタログ(統計を使う)研究• 突発天体(の待ち受け)研究• 広がった天体の研究
64kチャンネル
n信号処理が作り込まれる 両偏波
広視野結像 高分散分光

背景重力波計測

多観測モードの同時実行例

SKA先行機

mmcmnプロジェクトフェイズが先行している

2021/1/27

ALMA

2025

2030

Early
SKA1

パルサーFRB捜索
視野内1500箇所

SKA1

パイロット

ALMA2
SKAJPウェビナーシリーズ#1

Early
ngVLA
ALMA3?

2035

VLBIデータ

SKA2

パイロット
ngVLA
4

参考文献
1.

科学白書2015: https://pos.sissa.it/cgi-bin/reader/conf.cgi?confid=215•2.

科学白書2020: https://www.skatelescope.org/wpcontent/uploads/2020/02/ScienceCase_band6_Feb2020.pdf•

3.

特にスペック込みのサーベイ戦略はこの中の各サイエンステーマごとの総括論文をご覧ください。２０００頁。

特に15GHz以上のサイエンスはこちらをご覧ください。１３０頁。

日本版白書2020: http://ska-jp.org/SKAJP_Science_Book_2020.pdf•特に基礎から学びたい方はこちらをご覧ください。４６０頁。

(1)2021/1/27(2)
SKAJPウェビナーシリーズ#1

(3)
5

参考文献
nSKA本部: https://astronomers.skatelescope.org/documents/

2021/1/27

SKAJPウェビナーシリーズ#1

6

キーサイエンスプロジェクト(KSP)SKA General Science Workshop 2019 @ UK

nSKA1の観測時間の７割をKSPに割り当てる予定
nいまからでもKSPの議論に参加できますか à できます
• 国際SWGに参加 & 1.5年ごとのKSP会議に参加して発言する• 日本SKA協会のSWGに入り日本メンバーの議論に参加する• 議論は参加自由だが、観測時間の獲得には条件がある(次ページ)
2021/1/27

SKAJPウェビナーシリーズ#1

7

共同利用体制
1. 観測時間割り当て
オープンスカイ
公募*
5%
25%

70%

2. フェアリターン
見返り投資

KSP*

3. IGO

SKA

国家◯ △ ✕

国際機関機関個人

非批准国の代表機関など

n前提条件：SKAは共同利用装置だが３つのポリシーがある• 計画に参加・貢献しないと観測時間の95%以上でリード(PI)になれないü すべてのデータは一定期間(1-2年)後に公開予定ではあるü ただしKSPが生成した付加価値付データにはKSPごとにポリシーできる可能性ある

n そこで日本の参加案：国立天文台がSKAに参加、大学と協力して建設に貢献、貢献割合に応じた望遠鏡アクセスを獲得する••

共同利用の仕組みは近代的な望遠鏡に準拠する見込み
データ受領やユーザー支援 = SKA Regional Centre (SRC)にも参入

n 日本時間の割り当てポリシーを本年7月にSKAJPで議論する予定•
2021/1/27

競争的資金等の外部資金も投入した場合の見返りについて
SKAJPウェビナーシリーズ#18

国際SWGの人数構成

南4%

印
4%

日
2.5%

900名, 40カ国

ポルトガル, スイス
韓国, ニュージーランド

英15%
豪10%

瑞4%
次回のKSP議論は2021年3月15日-19日に完全リモートにて

西4%

伊9%

加4%

中5%

独7%
米 ngVLAとSKA
7% で時間交換？

2021/1/27

仏
7%SKAJPウェビナーシリーズ#1

蘭
7%

9

科学者コミュニティの広がり
理論と電波観測が融合した新しいコミュニティの形成
理論天文学・天体物理学懇談会
会員450名程度

宇宙電波懇談会
会員350名程度

天文学の分野別代表組織

電波将来計画としてSKAを「強く推薦」

名古屋大学
鹿児島大学
人的交流
熊本大学
山口大学
九州大学
茨城大学
会員約150名, 実働30名, 観測家が中心
会員約200名,実働70名,理論家が中心
筑波大学
大阪府大
JVNやEAVNなどの事業を主導
MWAやASKAPなどの事業に参画
KEK
国立天文台
・・・
・・・
全国34の大学と7つの研究所、500名規模の潜在的な支持母体

VLBI懇談会

SKA協会

100名程度がSKA計画に主体的に実働できる体制
LOFAR

MWA

ASKAP

MeerKAT

Parkes

山口32m

茨城32m

臼田 野辺山 VERA KVN 上海
64m 45m 20mx4 21mx3 65m

深圳26m

EAVN Workshop 2018 @ 韓国

MWA Workshop 2018 @ 名古屋

SKAの先行機に関わり日本の存在感を示している
国内研究者のSKA計画に関連する過去12年間の実績
査読論文数362編、獲得資金3.68億円(間接経費込)、博士23名修士141名
2021/1/27

SKAJPウェビナーシリーズ#110

SKA-JP(2008年5月設立)

顧問
小林秀行(天文台), 本間希樹(天文台)会長
杉山直(名古屋大)副会長
高橋慶太郎(熊本大) 中西裕之(鹿児島大)広報
半田利弘(鹿児島大)
広報
長谷川賢二(名古屋大)
予算獲得
今井裕(鹿児島大)

国際SWG

豪州
2021/1/27

国際
科学検討
のべ34名

MWA-Japan
田代, 大内,矢島ら
13名

会員243名(2020.11)
背景塗りつぶしが運営委員

技術検討
新沼浩太郎(山口大)VLBI懇/測地学会
科学検討
市來淨與(名古屋大)
理論懇/物理学会

天文台担当赤堀卓也(天文台/SKAO)
AIV/SC
河野裕介(天文台)
トモグラフィー
出口真輔(ラドバウド大)LOW EoR
吉浦伸太郎(熊本大)宇電懇/日本学術会議
省庁/メディア
産業フォーラム
熊澤寿樹(TOYO Cor.)

産業界

UHF受信機
赤堀卓也(天文台)

高赤方偏移
平下博之(ASIAA)

宇宙磁場
出口真輔(ラドバウド大)再電離長谷川賢二(名古屋大)

パルサー
高橋慶太郎(熊本大)宇宙論山内大介(神奈川大)

星間物質
町田真美(天文台)

惑星
藤井友香(天文台)

銀河進化
竹内努(名古屋大)突発天体
新沼浩太郎(山口大)星惑星形成
塚本裕介(鹿児島大)SKAJPウェビナーシリーズ#1

VLBI科技合同
今井裕(鹿児島大)小山知明(天文台)

11これまでの歩みと成熟度
世界のあゆみ~最初の構想から27年、ついに建設期へ
1993
URSI部会1997
6国技術検討開始

2000
11国科学技術委員会

2007
国際準備オフィス

2012-2013
建設地決定
基本設計案2015
基本審査白書更新

2018-2019
詳細審査
条約調印

2020-2021
建設提案
条約発効

コミュニティのあゆみ~12年目を迎え成熟へ
2013 東アジアSKA科学会議

国際活動

2016~
MWAに正式参加2019 東アジア 2021 東アジア
SKA科学会議2018 ASKAP・MWAの SKA科学会議
国際会議を国内に招致
2020 マスタープラン

2015年-2017年
2012-2014「大学支援経費」
重点大型候補2017 マスタープラン「頭脳循環」
SKA本部に長期滞在
2020 日本版白書の更新
提案見送り
SKA関係国に2011
長期滞在2017 日本物理学会セッション
2014 マスタープラン
東アジア重点大型計画
SKA科学 2010/20112015 日本天文学会セッション
国内活動会議2017 水沢SKA科学報告書の出版
2015 日本版SKA科学白書の出版
マスタープラン
重点大型計画2015 SKA-Japan 2016 SKA-Japan
2019 SKA-Japan
2013 宇宙電波懇談会
2008
ワークショップ
シンポジウムシンポジウムSKA特集
シンポジウム日本SKA協会発足

国立天文台のあゆみ~注視から事業化の本格検討へ
2000年代~SKA科学技術委員会、SKA理事会にオブサーバ参加
2021/1/27

2015-2017
大学研究者のSKA本部への長期派遣を含む調査を支援、情報収集を加速

2017.10~
水沢VLBI観測所が新部門を立ち上げ、推進室設置に向けて準備を開始

SKAJPウェビナーシリーズ#1

2019.4~
プロジェクト化の可否検討のためにSKA1検討グループを発足し調査費を措置
12

日本の戦略案
日本の貢献

建設費：全体の1-3%+データセンター (~30億円)
運用費：全体の1-3%+データセンター (~3億円/年)

宇宙再電離・宇宙論
銀河進化の科学研究

宇宙磁場・突発天体
パルサー・星間物質

0.3
1.0
1.7
周波数 0.05
LOW
Band 1
Band 2
Band 3(GHz)

1. 組立統合検証(AIV)と性能評価(SC)・期待通りの性能を出す最重要の仕事
・SKA本部が日本の技術力に頼る

3

天の川・星形成・AGN・アミノ酸など分子5Band 4

2. VLBIシステムの設計と製造
・VERAの技術をそのまま応用
・世界のVLBIの感度向上に貢献

8Band 5aBand B 15
Band 5b25~50

Band 6/7

3. Band6/7/Bの受信機の開発
・ALMAやVERAの開発経験活きる
・SKA1の設計外ながら重要度高い

4. ソフトウェア開発と導入 ・イメージ結像のソフト ・宇宙再電離の解析ソフト ・宇宙磁場の解析ソフト

日本の獲得 1-3%〜ユーザー30-100名規模※のデータアクセス権
n 低周波では主に理論的手法の研究で世界を牽引してきた実績のある三大宇宙研究(宇宙再電離・宇宙論・宇宙磁場)を推進していく
n 高周波では主に観測的手法の研究で国際的な評価があり実績のある従来の研究(銀河核・天の川銀河・星惑星形成)を発展していく
2021/1/27

SKAJPウェビナーシリーズ#1※8000時間/PIあたり8時間 = 1000PIs 13

より多くの方に参加して頂くために
nSKA-JPウェビナーシリーズ• SKAの計画と各科学分野について網羅的に紹介していきます• どなたでも参加できるようにします• 参加登録方法はTENNET等に流れますü 第一回 1/27(水) 11:00-12:30
ü 第三回 2/12(金) 13:00-14:30
ü 第五回 3/02(火) 15:00-16:30

第二回 2/05(金) 10:00-11:30
第四回 2/19(金) 15:00-16:30

nSKA-JPのQ&Aウェブサイト• SKAに関する様々な質問の回答集を作成中です• どなたでもアクセスでき、どなたでも質問できるようにします• ウェブリンクのアドレスはTENNET等に流れます

nSKA-JPに参加したい場合• 参加の条件・義務は特にありません。SKAに興味があればOK• admin@ska-jp.org にお名前・所属・連絡先をご連絡ください• SWGに入りたい場合には「〇〇のサイエンスに興味があってSWGに入りたい」とお伝えください。
2021/1/27

SKAJPウェビナーシリーズ#1

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まとめnSKA１は2020年代の大型電波計画• 長波長電波を網羅する唯一の国際大型計画• 天文・宇宙物理の様々なサイエンスフロンティアに挑む• SKA1とngVLAは「特化性能」「フェーズ」が異なる

n観測提案に向けて• KSP観測が７割、PI観測が３割。参加国に主アクセス権• サーベイ立案は国際SWGで進む。国内では日本SKA協会
ü 国際SWGへの参加の方法については inquiry@ska-jp.org まで
ü 日本SKA協会への参加方法については admin@ska-jp.org まで

n日本は建設費1-3%程度のシェアを狙う• 国立天文台SKA1検討グループが参加計画を立案中• 人的貢献で「顔の見える」望遠鏡の性能出しを担当• VLBI機能追加、ソフト開発、高周波受信機の開発も準備中
2021/1/27

SKAJPウェビナーシリーズ#115