近赤外高分散分光器 WINERED

京都産業大学京都産業大学 神山天文台
神山天文台「WINERED」プロジェクトの進行「WINERED」プロジェクトの進行○近藤荘平、池田優二、中西賢之、 川西崇史、中岡哲弥、大坪翔悟、木下将臣、河北秀世(京都産業大学)、福江慧、三戸洋之、安井千香子、
濱野哲史、松永典之、小林尚人(東京大学)

赤外線高分散分光の意義
原子・分子の種類、量、速度を高精度に知ることが可能

天文学

近赤外 JHK

太陽系天体（組成）系外惑星（組成、運動）星（組成、運動）
天文学全分野星間物質（組成、運動）星形成（星周物質組成、運動）晩期型星（組成、運動）
銀河中心核の運動（運動）近赤外 KLM
銀河間物質（組成、運動）

宇宙再電離期（組成、運動）
宇宙膨張直接測定
物理定数測定Astrochemistry ( 星間分子）
Astro-biology ( バイオマーカー）

物理学

化学、生物学

天文学(やそれ以上)の広い領域まで応用範囲が広がる

「WINERED」とはWINERED:Warm INfrared Echelle spectrograph
to Realize Extreme Dispersion
WINERED : Warm INfrared Echelle spectrograph to Realize ExtremeDispersion

高感度かつ高波長分解能を非冷却で実現する近赤外分光器■仕様
・分解能： Rmax =10万 (Immersion grating mode)開発中
Rmax =3万 (Normal echelle mode) 完成
・波長域： λ = 0.9-1.35 μm
・効率 ： > 25 % (検出器含む)■開発・研究推進体制
京都産業大学 神山天文台
WINERED開発グループ

連携

池田、近藤、中西、川西、中岡、大坪、木下、河北

運用・サイエンス スタッフ(サポート)・京都産業大学と東京大学の共同でプロジェクトを推進
・京都産業大学 神山天文台での装置開発の推進

東京大学

小林、三戸、松永、安井、福江、濱野、山本WINEREDのサイエンスゴール• 波長 0.9-1.35μm• R>30,000• 高感度

太陽系内天体▷惑星大気構造▷太陽系始源天体の同位体比

銀河系内天体▷前主系列星、LBV、連星系の運動学的進化の研究▷晩期型星の化学組成の研究▷Pulsation, Astroseismology▷DIB探査▷ディスク星の化学力学進化と銀河系構造▷バルジ・ハロー星の化学力学進化と銀河系構造

高赤方偏移天体▷QSO/GRB吸収線を用いた宇宙化学進化の研究▷宇宙再電離時期の星形成▷微細構造定数の精密測定

あらゆる天体で可視光レベルの高精度な近赤外高分散分光観測を実現すること。

WINEREDプロジェクトの進行
2006

2004

2012

2013

2014

2015

概念設計
光学/機械設計•製作
制御ソフトの製作
試験観測
w/EGアレイ

試験観測
w/SGアレイ

2012年 5月

■観測ファーストライト！
・京都産業大学
神山天文台1.3m望遠鏡で2012.5月にファーストライト・エンジニアリング観測­2012.5­6­2013.2­3­2013.11­12 (現在継続中)
・装置の性能確認に加え、パイロット的なサイエンスプログラムを実施

本格観測

ノーマルエシェルモード
完成見込み

WINEREDの特徴
1.高分散
・R=3万 w/ 反射型エシェルグレーティング
運用中
・R=10万 w/ イマージョングレーティング(ZnSe) 開発中
コンパクトな設計で高分散分光器が可能
Rmax=28,300！

ZnSe immersion(for 0.8-8um)test piece(Ikeda+2010)2.高効率(40% )近赤外の短波長に限定 (0.9-1.35 μm)→ARコート、クロスディスパーザー効率の最適化
可視と赤外の間の未開拓な波長域でスループット～40%！
高分散かつ高感度な観測
限界等級：J=11.4mag(S/N=30,IT=8時間＠京産大1.3m)

3.非冷却光学系
HAWAII2-RG1.7um cut off アレイ＋サーマルカットフィルタ→カメラレンズ、アレイ以外の非冷却が可能に
メリット：開発時間の短縮、少ない予算、容易なメンテナンス

WINERED光学系

冷却 (77K@10W)(/sec/pix)

積分バックグラウンド量∫I d λバックグラウンド
検出器
カメラレンズ

1.7 um cut
サーマルカット

スリット

検出器
ノイズ
相当量

VPH Xディスパーザー

コリメータレンズ

エシェルグレーティング

波長(μm)

非冷却 (室温)

バックグラウンド：現在の所、設計値よりも高い値 (2­4e­/sec@290K)
原因→H­band波長のリークであることを特定
追加H­bandサーマルカットフィルタをインストール、2014年1月に実証実験予定
限界等級：J=11.4mag→13.8magへ(S/N=30,IT=8時間＠京産大1.3m)

試験観測結果
A0V

PCyg

Echellogram(Arcturus)

高品質のスペクトルを取得
サイエンスが十分にできるレベル

WINEREDのサイエンスゴール• 波長 0.9-1.35μm• R>30,000• 高感度

太陽系内天体▷惑星大気構造▷太陽系始源天体の同位体比

銀河系内天体▷前主系列星、LBV、連星系の運動学的進化の研究▷晩期型星の化学組成の研究▷Pulsation, Astroseismology▷DIB探査▷ディスク星の化学力学進化と銀河系構造▷バルジ・ハロー星の化学力学進化と銀河系構造

高赤方偏移天体▷QSO/GRB吸収線を用いた宇宙化学進化の研究▷宇宙再電離時期の星形成▷微細構造定数の精密測定

あらゆる天体で可視光レベルの高精度な近赤外高分散分光観測を実現すること。

Stellar Abundance from WINERED■観測目的­WINEREDスペクトルから星のアバンダンスを導出方法の確立­可視光で暗いが赤外で明るい星(晩期型星、星間減光が大きい領域の星)の化学組成に基づいたサイエンスの推進のため■方法
約80本 FeI吸収線からパラメータ(ミクロ乱流)を決定し、アバンダンスを導出

Arcturus■Arcturusの結果
ε(Fe)=6.87±0.02([Fe/H]=­0.63±0.02)
可視光高分散分光とコンシステントな結果
WINERED全波長域のArcturusスペクトルは
本研究会中岡のポスターへ

Kondo et al. in preparation

HerbigAeBe星■観測目的
・Jmag=6-8等台の暗い天体でどの程度のS/Nスペクトルが得られるのか確認
・水素、ヘリウム、金属のプロファイルの確認

6.1等 1200sec
7.4等 2400sec
7.2等 3600sec
w/EGアレイ→(現状で)Jmag<9の天体に対して
1­2時間で十分なS/N(>50­100)で観測
Yasui et al. in preparation

まとめ■京都産業大学と東京大学の共同でWINEREDプロジェクトを推進■2012月5月の京産大1.3m望遠鏡でfirst light■EGアレイ、SGアレイで試験観測を実施中
すでにサイエンスデータの取得が可能■ 2014年前半でノーマルモードーの完成へ→本格観測をスタート