野辺山 45 m 望遠鏡用 100 GHz 帯 2SB 受信機システムの開発 第10回　受信機ワークショップ, Mar.05-06, 2010 野辺山 45 m 望遠鏡用 100 GHz 帯 2SB 受信機システムの開発 中島 拓（国立天文台・野辺山） 宮澤 千栄子、岩下 浩幸、久野 成夫、川辺 良平（国立天文台・野辺山） 片瀬 徹也、西村 淳、木村 公洋、小川 英夫（大阪府大・理） 酒井 剛、河野 孝太郎（東京大学・理） 浅山 信一郎（国立天文台・ALMA） 田村 友範、野口 卓（国立天文台・ATC）

発表内容 1. 45 m 鏡用新観測システムの概要 2. 100 GHz 帯 2SB 受信機システムの開発 3. 今後の展望 2-1. シングルビーム受信機 2-2. 2 ビーム受信機 2-3. マルチビーム受信機 3. 今後の展望

はじめに 野辺山 45 m 望遠鏡 ミリ波観測用としては世界最大級 ALMA に向けて重要な観測的研究 ALMA 時代にも重要な単一鏡 100 GHz 帯　⇒　IRAM 30 m 鏡 （”EMIR” ; 2SB receiver, Trx～50K, IF=4-12 GHz） 低周波　 ⇒　GBT 100 m 鏡 （K,Ka band ; Tsys～40 K） 早急に 45m 鏡の観測システムの開発・改修が必要

45 m 鏡用新観測システムの概要 H20 H30 H40 S40 AC45 S80 S100 BEARS T100 TZ 5-7 GHz HEMT 系 旧 SIS 系 2SB SIS系 S80 S100 H20 H30 H40 S40 BEARS T100 TZ 新マルチ スイッチボックス 5-7 GHz 4-8 GHz 旧IF系 新IF系 PANDA 4 GHz,3 bit AOS (WIDE) AOS (HIGH) AC45 SAM45 2 GHz x 16 0.5 GHz x 8

45 m 鏡用新観測システムの概要 受信機、IF 系、A/Dコンバータ、分光計、 制御ソフト、解析プログラムの開発 高感度・広帯域受信機 2SB 受信機（IF=4-8 GHz） 広帯域・高分解能分光計 2 GHz (4096 チャネル) x 16 台＝ 32 GHz ※　 特別推進研究「超広帯域ミリ波サブミリ波観測による大規模構造の 進化の研究」（代表：河野）などのサポートによる

45 m 鏡用新観測システムの概要 望遠鏡および光学系の改修 日よけパネル 700 枚交換 主鏡パネル一部交換 ビーム伝送系ミラー交換（検討中）

100 GHz 帯 2SB 受信機の開発 ・ 45 m 望遠鏡の最高周波数として重要な受信機 ・ さらなる高感度化、広帯域化を目指す 現 状 １．Ｓ８０／Ｓ１００　：　片偏波シングルビーム（SSB モード） ２．ＢＥＡＲＳ　　　　 ：　片偏波マルチビーム（DSB モード） 計 画　 　　１．Ｔ１００　　　　：　両偏波シングルビーム（2SB モード） 　→ 2008 年より共同利用に公開 　　２．TZ　 ：　両偏波 2 ビーム（2SB モード） → 2009 年より所内観測で試験中 　　３．新マルチ　　 ：　両偏波マルチビーム（2SB モード）　

受信機開発(1)：T100 シングルビーム両偏波・2SB 受信機 仕 様 従来の S80/S100 の後継機 2007 年 12 月搭載・試験運用 2009 年 2 月より本格運用 仕 様 RF ; 80-115 GHz I F ; 4-8 GHz x 4 系統 　　 Trx ; ~ 50 K (SSB) 　　 IRR; > 10 dB (Nakajima et al. 2008)

従来の受信機（S100）の性能 S100の受信機雑音温度 Trx ～ 200 K

新受信機（T100）の性能 fLO=80-115 GHz に対し、Trx～50 K （従来の1/4の低雑音化に成功） (Nakajima et al. 2008)

サイドバンド分離比（IRR）測定装置 観測したいスペクトルと同じ周波数の信号を送信 USB,LSB 出力をスペアナで測定し、IRRを算出 H. Mix. SG ホーン 同軸スイッチ USB スペアナ 楕円鏡 LSB 2SBミクサ (Nakajima et al. 2010) DEWAR

サイドバンド分離比（IRR）測定装置 測定時 ↓ H.Mix. SG ホーン ↑ 観測時 (Nakajima et al. 2010)

サイドバンド分離比（IRR）測定装置 (Nakajima et al. 2010)

サイドバンド分離比（IRR）測定装置 (Nakajima et al. 2010)

受信機開発(2)：TZ 2 ビーム両偏波・2SB 受信機 仕 様 目 的 ・ 点源天体の観測 ・ どちらかのビームが必ず on 点を観測する 現在開発中の新受信機 2009 年秋～搭載試験中 2010 年秋～本格運用予定 仕 様 RF ; 80-115 GHz I F ; 4-8 GHz x 8 系統 目 的 　　・ 点源天体の観測 　　・ どちらかのビームが必ず on 点を観測する

TZ 受信機の on-on 観測 on off 従来機 on off 2 on off 1 TZ受信機

Hatsukade et al., submitted to ApJ TZ 受信機によるサイエンス 特別推進研究「超広帯域ミリ波サブミリ波観測による大規模構造の進化の研究」（代表；河野 孝太郎） 「ASTE で見出されたサブミリ銀河の CO 探査」 サブミリ銀河探査 距離・年代の推定 　　　　　　　↓ z=2～4 で CO(2-1),(3-2), (4-3),(5-4) が 70-120 GHz に来る ⇒ red shift の決定 Hatsukade et al., submitted to ApJ

TZ 受信機ブロック図 OMT OMT 2SB mixer 2SB mixer 2ビーム・両偏波・両サイドバンド OMT x 2 2SB ミクサ x 4 IF ハイブリッド x 4 アイソレータ x 8 HEMT アンプ x8 IF = 4-8 GHz x 8 系統 　　　（32 GHz を出力） OMT OMT 2SB mixer 2SB mixer

ファーストライト１（May 23, 2009） center beam offset beam 観測ライン ： 12CO (J=1-0) 観測天体　： 晩期型炭素星 IRC+10216（CW Leo） Ta* [K] center beam offset beam

ファーストライト２（Dec 15, 2009） 観測天体 ： R-Cas（SiO メーザー） 観測装置 ： TZ受信機＋新IF 系＋PANDA＋SAM45

ビームパターンの測定結果 ビームパターンの計算値 ビーム間隔 ： 46 ± 3 秒 ビーム能率 ： 約 50 % ビームサイズ： 18.9 秒 土星の連続波で測定されたビームパターン

定在波除去装置（PLM）の開発 Preliminary results 片瀬 徹也ほかポスター 「1.85 m 及び 45 m 電波望遠鏡に搭載する 定在波除去 装置の開発について」参照

受信機開発(3)：新マルチ 旧4マルチ改造中！ マルチビーム両偏波・2SB 受信機 仕 様 目 的 ・ OTF との組み合わせで BEARS の後継機 現在開発中の新受信機 2010 年秋～搭載試験予定 仕 様 Beam ; 初期：2x2 = 4 ビーム 次期：4x4 = 16 ビーム RF ; 80-115 GHz I F ; 4-8 GHz 両偏波・片サイドバンド 32 GHz 観測 旧4マルチ改造中！ 目 的 　　・ OTF との組み合わせで 高感度・高速マッピング

2x2 ビーム受信機の設計 光学系の設計（主に大阪府立大学）

2x2 ビーム受信機の設計 2SB ミクサの設計 体積比で従来の 40 % のコンパクト化 Asayama et al. (2004)

4x4ビーム受信機の設計 ホーン（4x4） 2SBミクサ（32個） 偏波分離器（OMT） アンプ（64個）

今後の予定 ＜TZ （2 ビーム） 受信機＞ 2009 冬～春 45 m 鏡搭載試験（所内観測） 2010 春～秋 実験室性能評価 2010 春～秋 実験室性能評価 　・Trx, IRR 性能の向上 　・受信機出力安定度の向上 2010 秋 科学運用（共同利用観測）開始 ＜新マルチ受信機＞ 2009 冬～春 受信機性能評価（1 ビーム） 2010 秋 45 m 鏡搭載試験（4 ビーム） 2011 or 12 45 m 鏡搭載試験（16 ビーム）