高感度近赤外線高分散分光器 WINERED
マゼラン望遠鏡 ファーストライト
第11回 可視赤外線観測装置技術ワークショップ
京都産業大学 神山天文台 大坪翔悟

赤外線高分散ラボ LiH• 京都産業大学 神山天文台を拠点• 赤外線高分散分光に係るサイエンスや装置・デバイス開発

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Page 2高感度近赤外線高分散分光器WINERED の概要• 非冷却を実現した近赤外線高分散分光器• 1~10mクラスの様々な望遠鏡に搭載可能なPI装置• 最大スループット~60%を誇る高S/N観測に最適化されたデザイン

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WINEREDの仕様

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WINEREDの道のり
2016年 5月

HIRES mode ファーストライト

2017年 1月
ESO La Silla, NTT ファーストライト

2022年

2012年 5月

WIDE mode ファーストライト

2017年

2016年
2012年

2022年 9月
Las Campanas, Magellan ファーストライト

2013年
サイエンス観測開始

2010年
拠点を神山天文台へ
2005年
東京大学にて検討開始
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最終?目的地であるマゼランへ移設
Instrument
Telescope
Location
Tel Diameter
SeeingSpectral resolution
Limiting Mag. (J)※ 8hrs, SNR=30

WINERED
Araki
NTT
MagellanJapan
Chile
Chile
1.3 m 3.58 m
6.5m
3.0”
0.8”
0.6”
28,000 28,000
28,000
13.8
16.5
17.3
(WIDE) (WIDE) (WIDE)

IRCS
SubaruHawaii, US
8.0 m
0.2” w/ AO
20,00015.5

Pre-ship review
2017年8月
第8回装置WS 池田

マゼラン訪問、検討開始
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マゼラン望遠鏡へ移設 2018年~2019年
 機械/構造系
・筐体用カートの設計製作 (w/カーネギー) 光学系
・focal extenderの導入
・望遠鏡との調整補助光学系（pupil viewer）

 検出器・エレキ系
・検出器の微弱な迷光除去・エレキラックへheatsinkの導入
・電圧規格の変更の対応

 制御系
・マゼラン用UIの開発（w/エデックス）
・マゼラン用ガイディングシステム（w/エデックス）

真空・冷却系
・マゼランでの運用方法確立
・10年の運用を見越したメンテナンス
・冷凍機用UPSの導入

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マゼラン望遠鏡へ移設 2018年~2019年
 機械/構造系
・筐体用カートの設計製作 (w/カーネギー)

調整手順を考慮した機構
観測所内の移動過拘束を避け、熱収縮の影響を補償
スリット位置の安定性
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マゼラン望遠鏡へ移設 2018年~2019年
 総務
・赤外線検出器の移転許可申請（アメリカ商務省、日本経産省）
・La SillaからLas Campanasへの全物品の輸送
・Pre-ship review等のドキュメント作成

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マゼラン望遠鏡へ移設 2020年~2021年
新型コロナウイルスの感染拡大に伴い、全てを一度リセットし、あらゆる物事の再調整。

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マゼラン望遠鏡へ移設 2022年➢ 5月10日～29日 観測装置セットアップ
・滞在者 3+2名
猿楽、大坪、竹内（京産大）＋ Andrew McWilliam、Charlie Hull（カーネギー）
・開梱、装置の組立から性能評価、新規ユニットの導入と試験➢ 7月4日～27日 ファーストライトと観測ラン
・大雪のための観測中止➢ 9月3日～26日 ファーストライトと観測ラン・滞在者 5+2名
猿楽、大坪、竹内、谷口（東大）吉川（エデックス）＋ Andrew McWilliam、Charlie Hull・５夜の観測プロポーザルに基づいて実施“WINERED: detection of water in earth-sized exoplanet atmospheres”“WINERED: Chemical composition of Inner Milky Way Cepheids”
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マゼラン望遠鏡へ移設 2022年 １回目の渡航➢ 5月10日～29日 観測装置セットアップ
・滞在者 3+2名
猿楽、大坪、竹内（京産大）＋ Andrew McWilliam、Charlie Hull（カーネギー）
・作業内容
全物品の開梱、装置の再組立、ネットワークの構築、制御系の動作試験、冷凍機の駆動試験、赤外線検出器の駆動試験と特性評価、装置内の光学調整と特性評価、新規ユニットの導入試験 etc.

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マゼラン望遠鏡へ移設 2022年 3回目の渡航➢ 9月3日～26日 ファーストライトを含む観測ランのため渡航・滞在者 猿楽、大坪、竹内、谷口（東大）吉川（エデックス）＋ Andrew McWilliam、Charlie Hull・5夜の観測“WINERED: detection of water in earth-sized exoplanet atmospheres”“WINERED: Chemical composition of Inner Milky Way Cepheids”

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ファーストライトの結果： スループット
大気分散差の影響

ガイディング精度によるスリットロスの影響

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ファーストライトの結果： マゼランADC
大気分散差の影響→ Magellan Clayの大気分散差の補正光学系（ADC）を使用

スリット幅 0.3” at Magellan

渡瀬 京産大修士論文 2018年
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ファーストライトの結果： マゼランADC
Magellan Clay のADC 調査→ 近赤外線でも若干の補正は効いていそう（赤破線）→ ただし透過率が長波長に行くにつれて悪い（青破線）
WINERED波長域では使用できず

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ファーストライトの結果： マゼランADC
現状の対応①
オートガイダーシステムによる大気分散差を考慮したオフセットガイド→任意の波長を選択し、スリット効率を高める

現状の対応②

スリット幅 0.3” at Magellan

WINEREDに最適化されたADCを検討中

スリット幅 0.3” at Magellan

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ファーストライトの結果： ガイディング精度・イメージローテータに搭載できない・スリット上でディザリングをしたい
Magellan field viewer
WINERED Slit viewer
SH armAG arm・イメージローテータがないため、視野が回転する・スリット中心とマゼラン焦点中心がずれている

これらをスリット中心座標を基に補正

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ファーストライトの結果： ガイディング精度

目標天体に対して直接的に重心検出を行わないガイディングでは、ガイディング開始時のスリット中心と天体重心の一致具合に依存する
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ファーストライトの結果： 大気吸収線の様子• 大気標準星の比較- 京都の冬（黒）と比較して水蒸気による吸収量は6割に減- NTTの冬（青）と比較は同等か

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ファーストライトの結果： スペクトルの例• SMC/LMC内にあるセファイド型変光星- セファイド型変光星
J = 12-13 mag, 20-30min積分
S/N = 40-80

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これからの開発・検討要素
 機械/構造系
・筐体用カートのナスミス上での調整機構追加
・待機室用の筐体カバー
・観測中の温度変化における波長安定性の調査
 光学系
・focal extenderの鏡筒改修
・モード変換の自動化
 真空・冷却系
・cool-downとwarm-upサイクルからの脱却

 検出器
・残像に対する観測手法のマニュアル化
・残像のないHAWAII-2RGへの変更
 制御系
・マゼラン用ガイダーの性能向上
・データ管理・配布の統合ソフトウェア
 観測・マゼランユーザへの観測サポート
・外部観測者向けの観測準備ドキュメント
・外部観測者向けの観測方法ドキュメント
・航空券・滞在費の確保

・新しい望遠鏡へ移設したことに依る、インターフェイスの改修 ；5~9月のフィードバック
・環境が変化したことに依る、装置の特性評価・観測の運用方法が変化したことに依る、補助ツールの作成
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これからの開発・観測の体制
・ PI装置だが、マゼランユーザに対してオープンな装置として扱われる・ WINEREDチーム外が得た時間の一部を、WINEREDチームに譲渡する
機械

大坪

竹内

光学

大坪

竹内

エレキ

大坪

竹内

検出器

猿楽

近藤

冷却

大坪

猿楽

L.Infante

制御

猿楽

吉川

D.Osip

輸送

大坪

猿楽

観測

大坪

猿楽

WINEREDチーム
Directorate
Charlie.H
McWillam

大坪松永
外部WINEREDユーザ

解析チーム~5名

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これからの開発要素 データ管理・配布の統合ソフトウェア(おおよそ)自動で観測データを整理、解析、配布を行う統合システム

チームの成果創出に向けた最適化
第11回 可視赤外線観測装置技術ワークショップ 大坪

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これからの開発要素 モード変換の自動化
これまでの観測
WINEREDチームに限定的で、観測計画も立てやすいため、手動のモード変換

マゼラン観測での観測
１晩の内に複数のPIや、複数のモードで観測が想定されるため、モード変換の自動化が求められる

竹内 京産大修士論文 2021年

第11回 可視赤外線観測装置技術ワークショップ 大坪

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まとめ• 2018年よりNTTからマゼラン望遠鏡への移設を検討- さらなる高感度：限界等級 J = 17.3 mag ※ 8 hrs, SNR=30- 安定した観測時間の確保：半年で最低２晩• 2022年9月にマゼラン望遠鏡でのファーストライトを実施• ファーストライトの結果、概ね想定通りの感度が得られたが、- ADCの導入- ガイディングシステムを見直しなどによって、さらに観測効率が上がることを期待できる• 次回の観測は2023年5-6月に最大10日間程度となる見込み
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La Silla(ESO)とLCO(カーネギー)
サポート

La Silla NTT

LCO Magellan

・公開天文台のためPI装置の扱いには慣れていた→ 規則内でWINEREDのやり方を尊重

・プライベート天文台でPI装置には不慣れ→ カーネギー、LCO、WINEREDの３つの組織
規則や運用方針のベクトルを合わせる苦労・1-2人のスタッフに情報が集約されている
・お金はPI装置側が滞在費も渡航費も出す

・1人のスタッフに情報集約されるが、働き方の文化が異なり、不在時が多い
・お金はPI装置側が滞在費も渡航費も出す
・拠点であるラセレナの事務所にも滞在可能

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La Silla(ESO)とLCO(カーネギー)
サポート

La Silla NTT

LCO Magellan

・公開天文台のためPI装置の扱いには慣れていた→ 規則内でWINEREDのやり方を尊重

・プライベート天文台でPI装置には不慣れ→ カーネギー、LCO、WINEREDの３つの組織
規則や運用方針のベクトルを合わせる苦労・1-2人のスタッフに情報が集約されている
・お金はPI装置側が滞在費も渡航費も出す

・1人のスタッフに情報集約されるが、働き方の文化が異なり、不在時が多い
・お金はPI装置側が滞在費も渡航費も出す
・拠点であるラセレナの事務所にも滞在可能

設備・クリーンルームなどはない→ 精密機器の取り扱いなどは苦労する・クリーンルームなど設備は充実
・但し各部屋の役割は厳格に決まっている→ 装置状況で保管場所も変わる

TCSなど

・シミュレータなど管理者不在
・様々なドキュメントがそろっていない

・シミュレータはないが、ドキュメントは揃っている
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主観も含んだ今後のPI装置の必要性は？
大いに意義がある。飛び込める。
〇 学生にとって- 開発～移設～観測を経て、装置屋としてのほとんど全ての現場経験- 異なる観測所や望遠鏡の文化や技術、人との交流- 装置が海外にあることによって、すぐに触れないもどかしさはある

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主観も含んだ今後のPI装置の必要性は？
大いに意義がある。飛び込める。
〇 学生にとって- 開発～移設～観測を経て、装置屋としてのほとんど全ての現場経験- 異なる観測所や望遠鏡の文化や技術、人との交流- 装置が海外にあることによって、すぐに触れないもどかしさはある〇 ポスドクにとって 成果にならない総務が多く、現状のシステムでは中に入り難い。
- 輸送・通関管理、ドキュメント作成、観測サポートは大変- どれも研究の評価に繋がりにくいが時間的な拘束は大きい- 新しいコミュニティは広がる- 観測屋さんの現場経験としては良い

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主観も含んだ今後のPI装置の必要性は？
大いに意義がある。飛び込める。
〇 学生にとって- 開発～移設～観測を経て、装置屋としてのほとんど全ての現場経験- 異なる観測所や望遠鏡の文化や技術、人との交流- 装置が海外にあることによって、すぐに触れないもどかしさはある〇 ポスドクにとって 成果にならない総務が多く、現状のシステムでは中に入り難い。
- 輸送・通関管理、ドキュメント作成、観測サポートは大変- どれも研究の評価に繋がりにくいが時間的な拘束は大きい- 新しいコミュニティは広がる- 観測屋さんの現場経験としては良い成立させることが出来るスタッフ、大学や組織は少ない。それくらい難しい。
〇 大学にとって- 観測や開発に係る運用を継続するには外部資金だけに頼るのでは無理- 運用と両立して成果を出せる組織作りには体力も必要- 情報を集約するパーマネントポストを作るのは難しい→ 研究、技術、管理それぞれを評価できる仕組みづくり- 教育、開発テーマの創出は活性化- 他大学や企業とのコラボレーションによる社会貢献
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