TMT MODHISの開発状況
寺田 宏(TMT国際天文台)
2021/06/04 (JST)Information Restricted Per Cover Page

TMTに向けた開発ミニワークショップ (2021)

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MODHIS
Multi-Objective Diffraction-limited
High-resolution Infrared SpectrographPrincipal Investigator:
Dimitri Mawet (CIT)
Co-Principal Investigator: Michael Fitzgerald (UCLA)
Project Scientist:
Quinn Konopacky (UCSD)
Project Manager:
Hiroshi Terada (TIO)

TMT AOによる回折限界像を生かしたシングルモードファイバーによるコンパクトで高安定な分光器
üü

冷却駆動系無し
赤外レーザーコムによる波長較正
MODHIS Spectrographs,
Electronics, and Bench.
(I/F with TMT is TBD)NFIRAOS Top-PortNFIRAOS(TMT AO)

Nasmyth-XSTR / ISS(Instrument Support Structure)

TMTIRIS
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2MODHIS
Multi-Objective Diffraction-limited
High-resolution Infrared Spectrograph
MODHIS 点源に対する感度
MODHIS 主な科学要求
Requirement

Value

Wavelength range

0.95 µm – 2.4 µm
Simultaneous coverage across the full yJ and HK bands

Spectral resolution> 100,000 over the entire science passband

Wavelength stability< 30 cm/s (goal: 10 cm/s)

Multiplexing

Single target (goal: up to 4 science targets)

Field of regard> 4 x 4 arcsecs square

Spatial sampling

Nyquist sampling a point source in each of y, J, H, and K bands

Throughput> 10%

Image quality

Wavefront quality < 40 nm rms.
Ensquared energy > 80%

Background

Background subtraction better than 1%Contrast≤ 10 for separation of > 2λ/D.

Polarimetry< 0.1% (goal) polarimetric precision in y and J bands-3

既存Facilitiesよりも約3等級深い
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MODHIS期待される科学成果

日本天文コミュニティから 西山さん(宮城教育大)、佐藤さん(東工大)、成田さん(東大・ABC)、小谷さん(ABC)、田村さん(東大・ABC)、安井さん(天文台)、寺田(TIO)が、HISPEC/MODHIS Science Teamに入り、ほぼ月例で議論
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MODHIS
これまでの議論 (1)TMTファーストライト装置への導入経緯(2019—2020)

米国NAS(National Academy of Science, Engineering, and Medicine)の報告(2018)も受け、NSFへのTMT予算要求に向けて TIOがTMT初期運用での系外惑星研究装置の導入対応を検討
TMT NFIRAOS の Top-Port へ の 導 入 を 予 定 し て い た IRMS( 当 初Keck/Mosfire相当を想定) を構想から外し、そのままMODHISに置き換え(赤外多天体分光機能は、IRMOSの文脈とも合わせて議論)

低技術リスク／合理的コストでの実現
当面、装置やElectronics Enclosureのスペースエンベロープは据え置
くが、今後の設計進捗の中で、最善解を模索
MODHISの科学要求(SRD)を、TIO/SACの系外惑星ロードマップ小委員会(東大・ABC 成田さん座長)が中心になり起案、TIOで承認 (SRD CCR24 inMay 2020)
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MODHIS
これまでの議論 (2)プロジェクト推進の戦略(2018—2021)

MODHIS 分 光 器 部 を Keck 用 装 置 (HISPEC; High-resolution Infrared
SPectrograph for Exoplanet Characterization) として迅速に立ち上げ
Keck/HISPECは、現在NSF MRI (Major Research Instrumentation)に予算申請
中(HK Spectrographのみ)
Univ. of Montrealは、HISPEC 二台目分光器開発予算を2020 CFI(Canada
Foundation for Innovation)に申請したが採択されず。
日本からは、田村さん・小谷さん(ABC)のグループがSubaru/IRDの開発資産を生かし、関与を続けている。

Keckで科学達成の後、TMTに移送しファーストライト用装置として使用
Keckファーストライトは、2024年終盤辺りをターゲットに。

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MODHIS
これまでの議論 (3)MODHIS科学要求の再定義(2020—2021)

多天体分光機能についてTIO/SACで継続的に議論
多天体分光を要求する科学課題は明確に提示されず。
「観測効率をN倍上げる」という自明な利点を除き、多天体同時分光がもたらし得る本質的な利得は同定されず。

特にAO Architectureの複雑化を避け、開発リスクを低減する為にも「単一天体分光」へベースライン変更 (SRD CCR25)
多天体分光は、”Goal”の位置付け
今後の設計進捗の中で、得失を適宜見ながら多天体化の可能性を留保

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MODHIS
進行中の設計作業
MODHIS『概念設計その1』(CoDP-1)として、2022/01末のCoDR-1に向けて、以下を始動
MODHIS AO Architectureの概念検討と運用コンセプト定義
MODHISフロントエンド部(Field de-rotation等含む)の設計コンセプトの検討
分光器設置場所・ファイバー敷設経路等、I/F制限の検討
Keck/HISPECとTMT/MODHISでの設計要件差異の洗い出し

MODHIS分光器部(Keck用 HISPEC開発)については、NSF MRIの結果を待っている状態
予算獲得の場合には、赤側(HK)分光器の開発を進める。
獲得出来なかった場合には、純粋にTMTでの開発

青側(yJ)分光器の開発予算獲得についてはTBD
Canada CFI (2021)への再挑戦も。
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MODHIS想定される技術課題
元々、技術リスクの低い装置として選定された経緯もあり、ほぼ全ての技術が実証済み
Subaru/IRD, Palomar/PARVI等の開発資産を十全に生かす。

但し、NFIRAOSとインターフェースするフロントエンド部については設計検討を始めたばかり。CoDP-1のAO Architecture検討の中で技術リスクを洗い出す。
プロジェクト開始が後発となった為、既にデザインがMatureなサブシス
テム(NFIRAOS, STR, SUM, SER; 全て製造準備、乃至は詳細設計の最終段階)とのI/F調整は、強く制限を受ける困難な課題
その他、下記項目が検討課題
TMTでの装置高安定性 (PRV budget < 30cm/s)の実現
波長・偏光含む各種較正スキームの確立
赤側ファイバーの選定と望遠鏡敷設への制限
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MODHIS
国際共同開発の枠組構築
CoDP-1の中で、TIOとして今後の開発における国際協力体制の構築を図る。
CoDP-1作業は、CIT,UCLA,UCSD (USA), NRC (Canada)で進む想定だが、次フェーズ以降にチームを拡大していく。
日本、カナダ、インド、米国他機関(UH等)を主たる対象として、PM/PIが連携して検討を進めていく。
赤外線検出器に関わる制限から、中国の関与は限定的とならざるを得ない。

主に、フロントエンド部の開発を担う体制作りが急務

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Acknowledgments
The TMT Project gratefully acknowledges the support of the TMT
collaborating institutions. They are the California Institute ofTechnology, the University of California, the National AstronomicalObservatory of Japan, the National Astronomical Observatories ofChina and their consortium partners, the Department of Science andTechnology of India and their supported institutes, and the National
Research Council of Canada. This work was supported as well by theGordon and Betty Moore Foundation, the Canada Foundation forInnovation, the Ontario Ministry of Research and Innovation, theNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada, theBritish Columbia Knowledge Development Fund, the Association ofCanadian Universities for Research in Astronomy (ACURA), theAssociation of Universities for Research in Astronomy (AURA), theU.S. National Science Foundation, the National Institutes of NaturalSciences of Japan, and the Department of Atomic Energy of India.

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