ガンマ線バースト観測の将来計画 GUNDAM PATHFINDER ガンマ線バースト観測の将来計画 GUNDAM PATHFINDER 米徳大輔、村上敏夫 （金沢大学） GCOE 「ガンマ線バーストによるダークな宇宙の観測に向けたワークショップ」 (2010/08/26-27) その他の将来計画について.

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1 ガンマ線バースト観測の将来計画 GUNDAM PATHFINDER ガンマ線バースト観測の将来計画 GUNDAM PATHFINDER 米徳大輔、村上敏夫 （金沢大学） GCOE 「ガンマ線バーストによるダークな宇宙の観測に向けたワークショップ」 (2010/08/26-27) その他の将来計画について GRB Cosmology Project GUNDAM Project

2 z = 10 z = 0 z = 20 z = 1089 宇宙の誕生と進化 赤方偏移 z > 10 の頃は、 ■ 第一世代星の誕生 ■ 宇宙再電離 ■ 重元素合成 ■ 最初のブラックホールが誕生 GRB で狙う領域 これまでの 観測成果 これまでの 観測成果 宇宙の基盤が作られた重要な時期だが、 未だ観測されていない 宇宙の基盤が作られた重要な時期だが、 未だ観測されていない

3 ダークエネルギーの性質を知るには Ω Λ の時間変化が重要 ダークエネルギーの性質を知るには Ω Λ の時間変化が重要 将来の Type Ia SNe 観測でも z ～ 2 程度までと考えられる。 Ω Λ の時間変化を扱えるの は、 GRB が唯一のツール Ω Λ の時間変化を扱えるの は、 GRB が唯一のツール ダークエネルギー Ia 型超新星 筒井さんの講演

4 観測帯域： 30 – 950 GHz 空間分解能： 0.01 5 秒角 (AO) 視野 ： 15 分角程度 観測帯域： 30 – 950 GHz 空間分解能： 0.01 5 秒角 (AO) 視野 ： 15 分角程度 観測帯域： 30 – 950 GHz 空間分解能： 0.01 – 0.1 秒角 視野 ： 20 秒角程度 観測帯域： 30 – 950 GHz 空間分解能： 0.01 – 0.1 秒角 視野 ： 20 秒角程度 望遠鏡 ： 3.5m 観測帯域： 5 – 200 μm 視野 ： 4 分角程度 望遠鏡 ： 3.5m 観測帯域： 5 – 200 μm 視野 ： 4 分角程度 望遠鏡 ： 6.5m 観測帯域： 0.6 – 27 μm 視野 ： 4 分角程度 望遠鏡 ： 6.5m 観測帯域： 0.6 – 27 μm 視野 ： 4 分角程度 JWST (2014) SPICA ( ～ 2020) TMT ( ～ 2020) ALMA (2012)

5 諸外国の GRB 計画

6 SVOM ÉCLAIR 4 – 250 keV 80 x 80 CdTe (1024 cm 2 ) 10 arcmin の方向決定 GRM 2 台 50 keV – 5 MeV 280cm2 NaI/CsI phoswitch XIAO (X-ray telescope) 0.5 – 2.0 keV VT 40cm 程度 ? 21’ x 21’ (2k x 2k CCD) 23 Mv (300sec exposure) 地上にも広視野望遠鏡 を配置 (8000 deg 2 ) 2013 - 2014

7 JANUS NIRT 50cm 可視光／近赤外線望遠鏡 0.36deg2 140--150K MCT detector, room mirror J = 20mag (Vega) with R=14 (4sigma) XCAT 1 ～ 20 keV 4str の視野 (10cm 2 for 4str/10) コーデッドマスク＋ CMOS センサー Phase-A セレクション： June, 2011 Mission セレクション： June, 2012 (2016 年打ち上げ目標 ) High Energy Spectrometer 学生が主体となった開発 ～ 5MeV のスペクトル測定 ( Fermi-GBM に類似 )

8 0.1 – 10 keV 0.3 – 0.52 μm 0.52 – 0.9 μm 0.9 – 1.38 μm 1.38 – 2.2 μm 0.3 – 0.52 μm 0.52 – 0.9 μm 0.9 – 1.38 μm 1.38 – 2.2 μm 300 秒後に 0.3” x 4” slit 分光 R=3000: AB < 19mag (2ksec) R=30: AB = 22mag (300sec) 300 秒後に 0.3” x 4” slit 分光 R=3000: AB < 19mag (2ksec) R=30: AB = 22mag (300sec) 1.1m 望遠鏡 4’x4’ の視野 1.1m 望遠鏡 4’x4’ の視野 4.5m 2 5 – 600 keV 0.6mm CZT 90°x 70° 視野 2.4’ の分解能 20” の方向決定 4.5m 2 5 – 600 keV 0.6mm CZT 90°x 70° 視野 2.4’ の分解能 20” の方向決定 100 秒後に SXI で観 測 2” 以内の方向決定 100 秒後に SXI で観 測 2” 以内の方向決定 EXIST 6 トン, 2.8kW

9 NASA Decadal Survey 2010 1.WFIRST 近赤外線広視野サーベイ 2.Explorer Program 中小型衛星計画 MIDEX 2 機、 SMEX 2 機、 4 機の Missions of Opportunity JANUS は今年 12 月に提案 来年 6 月に採択の可否 ( 予定 ) 3.LISA スペース重力波アンテナ 4.IXO 超大型 X 線天文台 EXIST は選ばれなかった

10 WFIRST ■ ダークエネルギー BAO, Type Ia SNe, Weak Lensing ■ 系外惑星 マイクロレンズ効果 ■ 広視野近赤外線サーベイ 遠方銀河の検出 これら３種類の計画を統合したミッション。 デザインは JDEM-Omega を採用。 2013 年開始、 2020 年打ち上げ。 これら３種類の計画を統合したミッション。 デザインは JDEM-Omega を採用。 2013 年開始、 2020 年打ち上げ。 1.5m 望遠鏡, 144Mpix HgCdTe, 回折限界 0.2”, L2 ポイント 日本の WISH 計画と非常に良く似ている。

11 GUNDAM Gamma-ray burst for UNravelling Dark Ages Mission PATHFINDER 米徳大輔, 村上敏夫 ( 金沢大学 ), 谷森達, 黒澤俊介 ( 京都大学 ), 沖田博文 ( 東北大学 ), 郡司修一 ( 山形大学 ), 筒井亮, 中村卓史, 井上進 ( 京都大学 ), 戸谷友則 ( 京都大学 ) 高橋慶太郎 ( 名古屋大学 ), 井岡邦仁, 水田晃, 川中宣太 (KEK) 中島正裕 ( 東京大学 ), 松浦周二, 坂井真一郎 (ISAS/JAXA)

12 小型科学衛星シリーズ (3 号機は ～ 2016 年打ち上げ ) ■ バス 200kg + ミッション 200kg ■ 95cm x 95cm プラットホーム 1 号機： SPRINT-A ( 惑星光学観測 ) 2 号機： ERG ( ジオスペース探査 ) 3 号機： これから 1 号機： SPRINT-A ( 惑星光学観測 ) 2 号機： ERG ( ジオスペース探査 ) 3 号機： これから ワーキンググループの登録

13 GUNDAM – PATHFINDER ・ GRB 検出器 + 45cm 可視光／近赤外線望遠鏡 ・ サブ MeV ～ MeV 帯域のガンマ線全天サーベイ 電子追跡型コンプトンカメラ 80cm x 40cm 電子追跡型コンプトンカメラ 80cm x 40cm X 線コーデッドマスク検出器 ( オプション ) X 線コーデッドマスク検出器 ( オプション ) 45cm 望遠鏡  可視光 400 – 1000 nm  近赤外線 1.0 – 1.7μm 45cm 望遠鏡  可視光 400 – 1000 nm  近赤外線 1.0 – 1.7μm

14 95 cm 電子追跡型 コンプトンカメラ 40 cm 80 cm ～ 45cm 望遠鏡 可視／近赤外 カメラ OPT ： 0.5 – 1.0 μm (Low-R Grism) NIR ： 1.0 – 1.7 μm (z = 3.1 – 7.2) (z = 7.2 – 13.0) Ｘ線コーデッドマスク イメージング検出器 ( オプション ) （もしくはコーデッドマスク検出器）

15 α 400 m m MAPMT or APD or MPPC CdTe array Pb or W Coded mask Trigger & Spectrometer 電子追跡型コンプトンカメラ 100keV ～ 10MeV 程度の帯域 GRB の方向決定、イメージ＆レートトリガー 外周のシンチレータでスペクトル測定 ( 谷森さん、黒澤さんの講演 ( このあと ) 電子追跡型コンプトンカメラ 100keV ～ 10MeV 程度の帯域 GRB の方向決定、イメージ＆レートトリガー 外周のシンチレータでスペクトル測定 ( 谷森さん、黒澤さんの講演 ( このあと ) コーデッドマスク＋半導体アレイ 数 keV ～ 100keV 程度の帯域 光子が多いのでトリガーには有利か？ 他にガンマ線スペクトロメータが必要 コーデッドマスク＋半導体アレイ 数 keV ～ 100keV 程度の帯域 光子が多いのでトリガーには有利か？ 他にガンマ線スペクトロメータが必要

16 Ray from Telescope NIR Camera (0.8 – 1.7 um) Optical – Long λ Optical – Short λ 宇宙研屋上望遠鏡 近赤外線カメラ ＋ 可視光 CCD 2 台 南極 2m 望遠鏡を製作している 沖田さん ( 東北大、市川研 ) らの 技術と経験

17 黄道光 副鏡スパイダー 主鏡 沖田さん講演 ( 明日： 2010/08/27) 口径 45cm, HgCdTe 2k x 2k, 0.5arcsec/pixel ( 視野 17’ x 17’) 2μm 程度までなら望遠鏡の冷却は必要ないだろう 観測帯域

18 OPT : 0.5 – 1.0 μm NIR1: 1.0 – 1.5 μm NIR2: 1.5 – 2.2 μm 沖田さん講演 ( 明日： 2010/08/27) 10 分露光で 22 等級 (AB) = 21 等級 (Vega) 10 分露光で 22 等級 (AB) = 21 等級 (Vega)

19 過去に近赤外線で観測された GRB イベント Time [Day] Magnitude (Vega)

20 Spitzer 3.6um GROND Upper limit J,H,K GROND Upper limit J,H,K GROND 2.2m : J,H,K GROND 2.2m : J,H,K Gemini J, H Gemini J, H UKIRT K UKIRT K Okayama 1.88m : J Okayama 1.88m : J Time [Day] Magnitude (Vega) J-band H-band K-band z = 7 ～ 8 程度の予想等級 090423 (z = 8.3) 3 時間 23 15 分 21

21 2011 年 6 月 JANUS は採択されたか？ 2011 年 6 月 JANUS は採択されたか？ まとめ と 提案 NO YES すぐに小型衛星計画 GUNDAM PATHFINDER ワーキンググループ を 立ち上げる。 すぐに小型衛星計画 GUNDAM PATHFINDER ワーキンググループ を 立ち上げる。 小型 3 号機または 4 号機で、 世界に先駆けて GRB + 赤外線望遠鏡を実現 JANUS は 2016 ～ 17 年 とにかく小型衛星計 画 GUNDAM PATHFINDER ワーキンググループ を 立ち上げる。 とにかく小型衛星計 画 GUNDAM PATHFINDER ワーキンググループ を 立ち上げる。 JANUS の頃には TMT も SPICA も未完成。 2020 年頃の実現を目指す ■ GRB による赤方偏移 z>10 への挑戦 ■ MeV ガンマ線全天探査 ■ 地上大型望遠鏡との連携で宇宙再電離の観測 ■ GRB 宇宙論の高精度化とダークエネルギーの時間変化の測定 ■ GRB による赤方偏移 z>10 への挑戦 ■ MeV ガンマ線全天探査 ■ 地上大型望遠鏡との連携で宇宙再電離の観測 ■ GRB 宇宙論の高精度化とダークエネルギーの時間変化の測定