TMT観測装置
第1期観測装置
第2期観測装置(予定)

MODHISNFIRAOS2021.6.4.
国立天文台TMTプロジェクト

HROS

WFOS
IRMOS

IRIS
MICHI

1

TMTの観測装置
第1期観測装置
第2期観測装置(予定)

HROS

WFOS

MODHISNFIRAOS

IRMOS

IRIS

MODHIS

MICHI

WFOS

IRIS

2

IRIS:InfraRed Imaging Spectrograph• 近赤外撮像・面分光• 補償光学により回折限界を達成• 30マイクロ秒角のアストロメトリ
現在、詳細設計段階• 日本は撮像部を担当（早野他）• 全体のシステムエンジニア（鈴木）3IRIS:InfraRed Imaging Spectrograph
Z～10の初代銀河⚫ 遠方銀河• 初代星/初代銀河からの光の検出（z～10）• 高赤方偏移銀河の形状・運動、金属量分布⚫ 巨大ブラックホール• AGNとSMBH• 銀河系中心のブラックホール周辺
環境⚫ 星形成・系外惑星・太陽系• 系外銀河の星形成領域を空間分解• 系外惑星• 太陽系外縁天体の組成と運動

Z=1-5の銀河の構造・力学～20Mpcまでの銀河の星形成領域

天の川銀河中心のブラックホール周辺
4

WFOS:Wide-Field Optical Spectrometer• 可視撮像・分光(seeing limit)• スリットマスクによる多天体分光• 面分光機能を検討
現在、概念設計段階• 日本はマスク交換機構・カメラシステム設計を担当（宮崎他）• 面分光機能も検討（尾崎）• Sampling: 0.05arcsec/pix• Total slit length: 500arcsec(8arcsec slit x 58 targets)

5

WFOS:Wide-Field Optical Spectrometer⚫ 遠方銀河・銀河間物質• 銀河を背景光とした銀河間物質の分光観測• 高赤方偏移銀河の活動性（UV光観測）⚫ 近傍銀河
• 矮小銀河の速度構造による暗黒物質の解明• 様々な銀河の恒星種族⚫ 時間軸天文学• 重力波天体・ガンマ線バーストなどの分光観測
6

MODHIS:Multi-Object Difraction-limited Highresolution near Infrared Spectrometer• 近赤外高分散分光器• 補償光学による回折限界像を利用。コンパクト• ファイバーを用いた面分光機
能• 高精度視線速度測定
現在、概念設計段階• プロジェクトマネージャ（寺田）7

MODHIS:Multi-Object Difraction-limited Highresolution near Infrared Spectrometer⚫ 太陽系外惑星の探査と分光観測• 視線速度変動による地球型系外惑星の検出• 惑星大気の組成（直接分光と透過光分光）• 惑星表面のマッピング⚫ 星惑星形成⚫ 恒星物理⚫ 太陽系8

第2期観測装置
望遠鏡ファーストライト以降に順次搭載予定
複数の国際チームが提案中
Instrument
Planetary System Instrument
PSI

Contrast 10-8@2λ/d (max10-9)
bMICHI - mid-IR AO Fedspectrometer imager IFUMIRESHROS

IRMOSNIRES

ARISE

High-Resolution Optical
Spectrometer

Field of view/ slit length/
pixel scale~1” outer working angle,~10mas inner working
angle
Imager: (L&M bands)
24.4x24.4”@0.011”/pix(N band)28.1x28.1”@0.028”/pix
Spectrometer: low res 28.1”
length, high res 2” length
IFU (7.3-13.8 N only) 5x2”
5”slitMulti-object near-IR>ten 3” IFUs over >5'spectrometer (IRMOS)
diameter field
Either slit based or multi-IFU or~2’ diameter field with ~50
slits
Near-IR AO-fed Echelle
Spectrometer [AO feed2” slitfrom NFIRAOS]
Imaging 5’x5’ @0.1”/pixel
Astronomical Rapid Imager
IFU @0.1”/pixel
and Spectropolarimetric
10 Hz full frame
Explorer
100 Hz windowed

Spectralresolution
IFU ~5000
Imager <100

Wavelength range (µm)

Sensitivity

1-5Imager & spectrometer

10-100
3.4-14 (L, M, N)

0.1mJy@8µm gives
10s in 1hr
3x10-19 W/m2@8µm
gives 10s in 1hr

600 & 120,000(16-25 Q TBD)

1000

7.3-13.8

50,000 to≥90,000

0.31-1.1 (1.3 goal)

texp=6 hr, S/N=100 perchannel@R=100,000,
M=18.92000-10,000

0.8-2.5

texp=1000s, S/N=10 per
element, R=3270
Y=23.4, J=23.0, H=22.7,
K=21.220000–100000

1-5

texp=1 hr, S/N=100 per
element, R=50,000 Y=17.4,
J=17.2, H=17.0, K=16.6

Broadband to>15000

0.31-4.8

9

TMTの観測装置
第1期観測装置
第2期観測装置(予定)

MODHISNFIRAOS

HROS
WFOS
IRMOS

IRIS
MICHI

10

HROS:
High-Resolution Optical Spectrometer
観測モード③ MOB （多天体分光）
R: 25K
Single Fiber / 0.5”sky
9 objects② High Resolution
R=100,000
Fiber Slicing 1” sky/0.2”sampling /19fibers/Seeing
0.6 ” sky/0.2”sampling /7 fibers/GLAO④ High Throughput
R: 40K
Slit /0.5”x5”/On-Axis FOV

R6 echelle
grating
disperser

Transfercollimator

310450nm

400485nm
Collimatedbeam
D:124mm

RedDichroic

Collimatedbeam
D:242mm

Dichroic

White pupil
collimator

Slit
MirrorFold
Mirrorf/15

Blue
F/3 to F/15

f/3
f/3
f/3

HR
STD
MOS

TMT Focus

f/15

Slit

① Standard Mode
R:50K
fiber slicing:1.2”sky, 0.4”sampling,
7 fibers/Seeing

VPH grating
X-disperser

Camera(f/1.22)

Detector
6kX7.5k

VPH grating
X-disperser

Camera(f/1.22)

Detector
6kX7.5k

480660nm

VPH grating
X-disperser

Camera(f/1.22)

Detector
6kX7.5k6651100nm

VPH grating
X-disperser

Camera(f/1.22)11
6kX7.5k

Detector

MIRES :bMICHI- mid-IR AO Fed spectrometer imager IFU•••••

3-14µm (8-18µm)
R~600 long slit with polarimetry
R~100,000-120,000
R~1000 N-band IFU, 2x5 0.035" spaxels
24.4"-28.1" FOV imager (10"), 0.012"/pixel@L,M,0.028"/pixel@N (0.17") with polarimetryw/MIRAO:MIR adaptive optics

Packham et al. 202012

IRMOS:
NIR Multi-IFU imaging spectrometer• 0.84-2.4µm (0.8-2.5µm)• R=4000-10,000, full Y,J,H or K
bands at 4000 (2000-10,000)• 2' patrol field (>2'), >10 IFUs,
0.5"@0.012"/spaxel,
1.06"@0.025", 2.1"@0.05(3"x3"@0.05")• >50% EE in 0.05", overall
efficiency 40% (>30%)
サイエンス：
Galaxy formation, early
universe, stellar populations,
etc.

13

PSI: Planetary System Instrument••••

0.6-5.3(-13)µm (1-2.5µm) with coronagraphContrast ~10-8 @ 1–2λ/D
R=50-5000 IFU/imager with polarimetry (≤100)
R~100,000

サイエンス：
Exoplanets, biomarkers
Solar system at HR
Star/planet formation
Compact objects, AGNs

14

ARISE: Astronomical Rapid Imager
and Spectropolarimetric Explore• 0.31-4.8µm simultaneous, R>15000• 5' FOV imaging @0.1"/pixel in u, g', r',i', z', J, H, K, L', M’• 10 Hz full frame, 100 Hz windowed• 1.1-4.8µm polarimetry• 0.31-1µm IFU
サイエンス：
Transient/ToO astrophysics(GRBs, FRBs, SNs, GW) and hightime-resolution observation
down to 0.01s​
15ELT観測装置比較

TMTGMTELTIRIS

GMTIFSHARMONI

Wide-Field, Optical Multi-Object Spectrometer WFOSGMACSMOSAIC

Near-IR Multi-IFU Imaging SpectrometerIRMOS

NIRMOS(Near-IR Multislit Spectrometer)(IRMS)

Mid-IR, AO-assisted Echelle SpectrometerbMICHI

High-contrast exoplanet imager

PSI

GMagAO-X PCSSCExAO

Near-IR, AO-assisted Echelle Spectrometer

MODHIS

GMTNIRS

IRD

High-resolution Optical Spectrometer

HROS

G-CLEF

Wid-field AO imager

WIRC

Near-IR AO-assisted Imager + IFU(Subaru)
FOCAS/PFSMOIRCSMETISHIRES(COMICS)HDSMICADO

16

第2期装置プロセス
2018
Whitepapers
装置提案募集

設計
製作

装置選択・
製作承認

17

第2期装置プロセス
タイムライン（架空の例）White paper

2018

サイエンスケース・
要求案

装置提案募集2023

概念設計案（複数チーム）TIOによる支援(TBD)

SACのもとでの検討・審査

装置選択・製作承認 2025 約10年
チーム編成

設計

TIOによる資金(＋in-kind？)

製作
2032
18