きゃらばん・サブミリと日本・東アジア主体のmm/sub-mmVLBI

2015年9月25日
水沢UM＠水沢

A Proposal Constructing mm/submm VLBI Network by East-Asianand Japanese Power三好真(国立天文台)、 春日隆(法政大)、坪井昌人(宇宙研)、岡朋治(慶應大)、高橋真聡(愛教大)、氏原秀樹（NICT)、
ほかメンバ
内容：秋の天文学会講演と同じ

2014年10月 VERA UM@NAOJ三鷹
2014年10月 VLBIシンポジウム@GSI
2014年12月 EA-受信機WS＠志摩2015年 3月 日本天文学会＠阪大
2015年 6月 TDCシンポジウム＠NICT鹿嶋
2015年 7月 EA-VLBI WS＠北大2015年 7月 NRO-ALMA Joint Science/Development
Workshop 2015＠野辺山

2015年 9月 日本天文学会＠甲南大で関連の話をしてきた。

(予稿）サブミリ波のVLBIによって我々の銀河系中心ブラックホールSgrA*などのブラックホール・降着円盤やホライズンの撮像をめざす「きゃらばん・サブミリ計画」を進めている。南米アンデス高地に移動型電波望遠鏡を含むVLBI網を作り、１～２千kmの短基線VLBI（230GHz帯）を実現し、ブラックホールの撮像・メーザ観測を行う。技術として最も重要なことは230GHz帯での観測機器のコヒーレンスを確立してフリンジ検出することにあった。藤沢講演にあるように、国立天文台野辺山において2015年4月末に230GHz帯のVLBI実験に成功、高周波数VLBIの世界タイ記録を得た。同実験は急造での一時構成装置によるものであり、これにより、移動型VLBI「きゃらばん・サブミリ計画」における技術的妥当性はほぼ確認できたともいえる。きゃらばん電波望遠鏡では軽量化・コストダウンを目指しているがその進展もあった。
安価なへら絞り法によって面精度15μm~r.m.s.の鏡面作成の成功、低損失導波管による複数鏡面受信電波の合成法の考案（春日講演）、NICT/NAOJ開発のVLBI高速記録系などを鑑みると、急速にその具体的実現性は高まった。
また東アジア天文台によるハワイJCMT15m鏡の運営、先行するASIAAのグリーンランド望遠鏡建設、低地であるが230GHzでのVLBI観測が可能と証明された野辺山など、アジアには230GHz帯VLBIに適した複数の装置がある。これらときゃらばん、さらに共同利用ALMAを用いると日本・アジア主体/先導のブラックホール解像探査が可能になる。この構想についても述べる。

話すこと：• きゃらばん・サブミリはブラックホール像を撮像。
１） uvカバーとして必要な短基線１～２千kmを得る。
２）そのコストダウン：へら絞りでrms15µm達成。
３）アンデス・サーベイ：雨季は観測に向かない。
• 日本/アジアでブラックホール撮像進めるには？
１）共同利用を実現すれば、NAOJでも推進できる。
２）アジアで協力すれば世界をリードできる。
３）必要な短基線成分はきゃらばん・サブミリが担当すれば、良い。

話すこと：• きゃらばん・サブミリはブラックホール像を撮像。
１） uvカバーとして必要な短基線１～２千kmを得る。
２）そのコストダウン：へら絞りでrms15µm達成。
３）アンデス・サーベイ：雨季は観測に向かない。
• 日本/アジアでブラックホール撮像進めるには？
１）共同利用を実現すれば、NAOJでも推進できる。
２）アジアで協力すれば世界をリードできる。
３）必要な短基線成分はきゃらばん・サブミリが担当すれば、良い。

2014年11月25日（4月小委員会提出後,修正・追加・改修）

キャラバン・サブミリ（Caravan-Submm）
大型固定局2, 移動VLBI局1の 3局の230GHz帯VLBIネットをアンデスに。BH解像に不可欠な１～2千km程度の短基線を実現。
日本の測地VLBIで実績ある移動VLBI法を応用して、移動局１局で数局分相当のuv面を埋める。
銀河系中心ブラックホールのホライズン、降着円盤の世界初の撮像検出を目指す。低コストでユニークな装置。
短基線によりサブミリ波帯メーザ観測も可能。多様な共同利用に展開できる。
三好 真(国立天文台）
２０１４年１１月２５日＊本計画は今年発表された、学術会議 天文分科会の「天文学・宇宙物理学の将来計画報告」にも記載さ6れている。装置概念図(ポンチ絵）
２０１２．９．２３付け

大型固定局

大型固定局
移動観測局（各地を移動）

話すこと：• きゃらばん・サブミリはブラックホール像を撮像。
１） uvカバーとして必要な短基線１～２千kmを得る。
２）コストダウン研究：へら絞りでrms15µm達成。
３）アンデス・サーベイ：雨季は観測に不適。
• 日本/アジアでブラックホール撮像進めるには？
１）共同利用を実現すれば、NAOJでも推進できる。
２）アジアで協力すれば世界をリードできる。
３）必要な短基線成分はきゃらばん・サブミリが担当すれば、良い。

ハワイ,CARMA,ALMA,SEST,Huancayo
でのuvカバー

既存のサブミリ波望遠鏡でのVLBIでは、uvカバーに問題あり。 「ブラックホール・ホライズン」の確認はかなり困難。
（上段）像合成simulation結果 （下段）像モデル

U-V面を埋めることが重要。

EHT&CARAVAN

Without pALMA

Phased ALMAの有無で比較（１）

EHT onlyWith pALMA

像モデル：
降着円盤中心のみ明るいEHT（超長基線構成）では、あたかもシャドーが見えたかのような像になるが、間違った構造を示す。そこにCARVAN(短基線uv）が参加すれば、相当に改善される。

話すこと：• きゃらばん・サブミリはブラックホール像を撮像。
１） uvカバーとして必要な短基線１～２千kmを得る。
２）コストダウン研究：へら絞りでrms15µm達成。
３）アンデス・サーベイ：雨季は観測に不適。
• 日本/アジアでブラックホール撮像進めるには？
１）共同利用を実現すれば、NAOJでも推進できる。
２）アジアで協力すれば世界をリードできる。
３）必要な短基線成分はきゃらばん・サブミリが担当すれば、良い。

昨年： へら絞り、３０μm台達成
2014年8月、「焼き鈍し」を加えた結果、面精度30μm rmsを加工費11万円で達成。

r.m.s. 40 μm では 開口効率（ルツの式のexp部分の値のみ）86%（230GHz)を意味する。

Highest:0.14102 (sig= 3.568)
Lowest:-0.13716 (sig=-3.470)
Average: -0.500466E-02
σrms= 0.03952 (mm)アンテナ面は目視でも、これまでになくきれいに見える。手触りも「より」なめらか。
12

へら絞り加工アンテナの誤差要因 (昨年秋）
1）アルミ加工材自体がもつ残留応力によるゆがみ--焼きなまし加工で解消できる。
40µm rms 未満達成（2014年9月）して実証.
2）金型自体の精度が影響する--精度良い金型を作り、その面と比べ、実証しよう… 今回実行。

北嶋絞りの古い金型を再加工して高精度金型（30cm：安い）を作成。

NAOJの3次元測定機で面測定（三ツ井氏）
同心円状の高低はある。
が、rms４ミクロン精度この金型を用い、「へら絞り加工」+「焼き鈍し」を行った。

2015年2月
ついに
１５μm r.m.s.の鏡面達成!
へら絞り（口径2mまで）で十数ミクロン精度のアンテナが安価に作れる！

話すこと：• きゃらばん・サブミリはブラックホール像を撮像。
１） uvカバーとして必要な短基線１～２千kmを得る。
２）そのコストダウン：へら絞りでrms15µm達成。
３）アンデス・サーベイ：雨季は観測に向かない。
• 日本/アジアでブラックホール撮像進めるには？
１）共同利用を実現すれば、NAOJでも推進できる。
２）アジアで協力すれば世界をリードできる。
３）必要な短基線成分はきゃらばん・サブミリが担当すれば、良い。

2012年のサイトサーベイ• 2012年6月に2週間サイトサーベイ実施。ワンカヨ、チャカルタヤ、その周辺で昼間の大気水蒸気量を測定。
• チャカルタヤ(5300m)はＡＬＭＡサイトに匹敵。PWVは1.5mm。
• ワンカイヨ(3370ｍ）で平均１0mm。近郊のコスモス観測所で4mm。

• 大気位相変動は水素メーザの変動よりも大なので、原子時計の性能がネックになることはない。
• 夜間・通年のモニタは今後、必要。

チャカルタヤ山宇宙線観測所での測定。PWV~1.5mm
18乾季：2012/06 このように晴天続きのサーベイ

192015年2-3月に雨季のサイト調査• 夏のくせに冬より“雪”が多い。水蒸気ALMA
サイトと同じ（チャカルタヤ）• 水蒸気乾季の2倍くらい（ペルーサイト）ペルー・ボリビア域夏季大気水
蒸気量の測定（高遠・ビダル・竹川・三好、イシツカ、＆岡）2015年2月25日---3月12日

旧COSMOS観測所4600mにて

ALMAサイトも雨・雪あり。

Twから拾ってきた写真ペルー（リマ-ワンカヨ）でPWVは乾季の2倍程度5300m（チャカルタヤ）でPWVは6mm程度（乾季6倍悪い！）---ALMAサイトもこの時期同じ位ですが。

話すこと：• きゃらばん・サブミリはブラックホール像を撮像。
１） uvカバーとして必要な短基線１～２千kmを得る。
２）そのコストダウン：へら絞りでrms15µm達成。
３）アンデス・サーベイ：雨季は観測に向かない。
• 日本/アジアでブラックホール撮像進めるには？
１）共同利用を実現すれば、NAOJでも推進できる。
２）アジアで協力すれば世界をリードできる。
３）必要な短基線成分はきゃらばん・サブミリが担当すれば、良い。

話すこと：• きゃらばん・サブミリはブラックホール像を撮像。
１） uvカバーとして必要な短基線１～２千kmを得る。
２）そのコストダウン：へら絞りでrms15µm達成。
３）アンデス・サーベイ：雨季は観測に向かない。
• 日本/アジアでブラックホール撮像進めるには？
１）共同利用を実現すれば、NAOJでも推進できる。
２）アジアで協力すれば世界をリードできる。
３）必要な短基線成分はきゃらばん・サブミリが担当すれば、良い。

写真：1991年、グローバルミリ波
VLBI参加の野辺山45m（歯抜け）Global mm-VLBI
Network in 1980’s

写真：1991年、グローバルミリ波
VLBI参加の野辺山45m（歯抜け）Global mm-VLBI
Network in 1980’sグローバルミリ波VLBI：共同利用ができないので廃れていった。
VSOPで忙しくなった、という理由も。

国内VLBIネットワークを野辺山共同利用として開始(1994年頃）。
共同利用できる/できないはNAOJにとって重要な「推進する」判断基準。
Global mm-VLBI
Network in 1980’s

話したこと：• きゃらばん・サブミリはブラックホール像を撮像。
１） uvカバーとして必要な短基線１～２千kmを得る。
２）そのコストダウン：へら絞りでrms15µm達成。
３）アンデス・サーベイ：雨季は観測に向かない。
• 日本/アジアでブラックホール撮像進めるには？
１）共同利用を実現すれば、NAOJでも推進できる。
２）アジアで協力すれば世界をリードできる。
３）必要な短基線成分はきゃらばん・サブミリが担当すれば、良い。

日本・東アジアのサブミリ波望遠鏡、ALMA以外にも既に４つある。
ASTE10m
JCMT15m

SPART望遠鏡（府立大・前澤研）
GLT12m（ASIAA)日本・東アジアのサブミリ波望遠鏡、ALMA以外にも既に４つある。
ASTE10m
JCMT15m

アジアで協力して、共同利用装置をつくる。NAOJもサブミリVLBIによるSPART望遠鏡（府立大・前澤研）
GLT12mブラックホール撮像を推進するはず（ASIAA)話したこと：• きゃらばん・サブミリはブラックホール像を撮像。
１） uvカバーとして必要な短基線１～２千kmを得る。
２）そのコストダウン：へら絞りでrms15µm達成。
３）アンデス・サーベイ：雨季は観測に向かない。
• 日本/アジアでブラックホール撮像進めるには？
１）共同利用を実現すれば、NAOJでも推進できる。
２）アジアで協力すれば世界をリードできる。
３）必要な短基線成分はきゃらばん・サブミリが担当すれば、良い。

（案）LLAMA (Long Latin American
Milimetric Array) ときゃらばん移動局で短基線成分を担当する• すでにペルーIGP（Dr. Ishitsuka）とは深く連携。
• きゃらばん・サブはアンデス、ブラジル高地へと移動観測する。地元とのつながりが成功の鍵。

きゃらばん含めると超短基線～地球サイズのサブミリVLBI網ができてしまう

JCMT15m

ASTE10m

GLT12mもアジアで協力すれば世界をリードできる。
SPART望遠鏡

アルジェンチン12m、RXを送る180kmの短基線ができる！

ブラックホールを計算機で初めて見たのは日本人（福江さん）。

５Rs
ブラックホールは見えないが、その重力による光の屈折によって、中心部分に暗がりができる。またブラックホールの周囲の円盤（＝ブラックホ－ルに落ちてきた物質が作る）はドッ
プラー効果で左右の明るさが変わる上、光の屈折（重力レンズ効果）のため、向こう側の円盤部分がせり上がって、見えてしまう重力による蜃気楼で向こう側が浮き上がって見える！
2012/8/434
http://quasar.cc.osaka-kyoiku.ac.jp/~fukue/より。

観測も日本・アジア主導で！

話したこと：• きゃらばん・サブミリはブラックホール像を撮像。
１） uvカバーとして必要な短基線１～２千kmを得る。
２）そのコストダウン：へら絞りでrms15µm達成。
３）アンデス・サーベイ：雨季は観測に向かない。
• 日本/アジアでブラックホール撮像進めるには？
１）共同利用を実現すれば、NAOJでも推進できる。
２）アジアで協力すれば世界をリードできる。
３）必要な短基線成分はきゃらばん・サブミリが担当すれば、良い。

- 解析結果（2012.6） 乾季のPWVは極めて小さい