野辺山 45 m 電波望遠鏡 45 GHz 帯受信機 (Z45) の アンテナ搭載試験

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1 野辺山 45 m 電波望遠鏡 45 GHz 帯受信機 (Z45) の アンテナ搭載試験
米倉覚則 (茨城大), 土橋一仁, 下井倉ともみ, 落合哲 (東京学芸大), 中島拓 (名古屋大), 水野 いづみ (鹿児島大/国立天文台) 田中智博, 岡田望, 高津湊, 徳田一起, 長谷川豊, 阿部安宏, 木村公洋, 小川英夫(大阪府立大), 中村文隆, 亀野誠二, 新永浩子, 久野成夫, 高野秀路, 伊王野大介, 川辺良平（国立天文台）

2 要旨 我々は野辺山 45 m 電波望遠鏡に搭載する新しい 45 GHz 帯両偏波受信機の開発を行っている。この受信機の目的は、45 GHz 帯の CCS 分子輝線のゼーマン効果の観測により磁場強度を測定し、星形成過程における磁場の役割を明らかにする事にある。 本受信機の野辺山 45 m 電波望遠鏡への搭載試験を 2013年3月31日から6月10日にかけて行い、下記の結果を得たので報告する。 システム雑音温度 (天頂、大気込み) は、43 GHz において晴天時 125 K 程度。 基準となる受信機 (H40) との指向調整 (ビームスクイント調整) 完了 (AZ, EL ともに 3 秒角以内のズレ)。 副鏡焦点位置合わせ完了。 ビームサイズ：37 秒角程度。サイドローブレベルはピーク強度の 3 % 以下 (点源連続波源 3C 279, 3C 84 および SiOメーザー源 R Leo などの観測から算出)。 開口能率は 50 % 程度、主ビーム能率は 58 % 程度である (土星の連続波観測および上記で求めたビームサイズから算出)。

3 (1) 機器構成

4 (1-1)搭載場所 旧系統（H30が設置されていた場所） ミラーの数が一番少ない 搭載・冷却作業 2013/Mar./25-26

5 (1-2) IF 系ブロック図

6 (1-3) SAM45 との接続 仮設のスイッチを設置した 2013/Apr./02

7 (1-4) 旧IF系との接続 EQ CH2 Z45V SELECTOR Z45H H30 H40 CH1 EQ IN EQ OUT 4を選択
コネクタ背面に入力 Z45H EQ SELECTOR CH2 Z45V Z45H H30 H40 CH1 1 2 3 4 EQ IN 5 6 7 8 9 10 11 12 #4 att EQ OUT 1 2 3 4 4を選択 #5 att 5or6を選択 (5を選択するとHをモニタ) (6を選択するとVをモニタ) 5 6 7 8 #6 att MONITOR SELECTOR 15 16 17 CONT BE #5 #6 9 10 11 12 13 14 デジタルボルトメータにつないで、 セレクタで #4, #5, #6 を選択し、 R を見た状態で 0.4 V 以下になるように #4, #5, #6 の att を調整する

8 (2) 性能評価 今回（H25年4-7月）の目標 45-m システムに組み込み、データを取得する

9 (2-1) 雑音温度測定 受信機雑音温度 (Trx) [hot-cold] システム雑音温度 (Tsys*) [R-SKY]
50 – GHz (4-8 GHz IF 出力をパワーメータにて測定) (2013/Apr./01 測定) システム雑音温度 (Tsys*) [R-SKY] K (4/2, 4/9) ライン観測時の qlook 表示値 H-pol. 180 K, V-pol GHz (6月9日) H-pol. 200 K, V-pol GHz (6月9日) VLBI BE 32 MHz BW 出力をパワーメータで測定 （特に V-pol. が高周波側で悪化）

10 (2-2) IF 系レベル調整 SAM45, VLBI 用 E/O (PolariS へ接続), 旧 IF 系 (連続波 BE へ接続) への入力レベルの適正化を行った (パワーは R 挿入時の値) 旧 IF 系 EQ selector 前面出力コネクタ部 -47 dBm (Z45) -42 dBm (H40) SAM45 入力用仮設SW入力部 dBm (Z45) dBm (H40)

11 (2-3) ビームスクイント調整 (1) H40 受信機に対する指向調整
H40 受信機を用いて pointing error 測定 & 補正 Z45 受信機を用いて pointing error (dAZ,dEL) 測定 (補正は行わない) (dAZ,dEL) => (dX,dY) [下部機器室の受信機設置位置の座標系]への変換 (dX, dY の座標軸は、下部機器室の通路に対して30度回転している) Z45 受信機を物理的に動かす (dX,dY) 上記 1) から 4) を繰り返す AZ, EL ともに、 3 arcsec 以内のズレに Z45 設置位置を調整した (2013/Apr./02)

12 (2-3) ビームスクイント調整 (2) Z45 受信機は回転ステージ上に搭載されているため、「回転軸」と「受信機の電波軸」とを、一致させる必要がある。 回転ステージを 30 度ずつ回転させながら、pointing error を測定し、受信機設置位置のズレ量をみつもった（回転軸、電波軸は、ともに鉛直であると仮定） 測定 (2013/Jun./09) 手順の確認ができた 正確な位置合わせは今年秋以降の再搭載時に実施 円形の部分が回転する

13 (2-3) ビームスクイント調整 (2) つづき 回転ステージの回転角

14 (2-4) 副鏡焦点位置合わせ 副鏡位置 (dZ) を -5, 0, +5 mm の３通りに変えて、saturn の十字スキャン観測を行い、強度を測定。 最適位置を算出 dZ を最適位置付近 (-2, -1, 0 mm)に設定して、再度十字スキャン観測を行い、強度が最大になるかを確認 ↓ dZ = -1 mm が最適位置 (2013/Jun./09測定)

15 (2-4) 副鏡焦点位置合わせ

16 (2-5) ビームサイズ 十字スキャン 連続波@43 GHz 3C279 37 秒角 2013/Jun./09
AZ scan (scan no. 奇数) El scan (scan no. 偶数)

17 (2-6) ビームパターン 2013/May/05, R Leo, SiO maser OTF
サイドローブレベルは peak 強度の 3 % 以下 CONTOUR_levels=[1,2,3,5,10,20,30,50,80,90,100] % H 偏波 V 偏波

18 (2-7)主ビーム能率、開口能率 観測 (2013/Jun./09) 結果 解析 結論 連続波@43 GHz 土星 十字スキャン
peak 強度〜14 K 解析 視直径 18.4 秒角 ビームサイズ 36.6 秒角 土星の輝度温度 150 K を仮定 結論 主ビーム能率 = 58 % 開口能率 = 50 % （参考）S40 (status report ) 主ビーム能率 76%、開口能率 56%

19 (3) 問題点 (1) ライン観測時の強度 （参考）連続波観測時の強度 (2) 高周波側で雑音温度が高い (p9 参照)
(Z45+SAM45, H40+SAM45, S40+AC の観測結果を比較) 点源 (SiO maser) Z45+SAM45 の強度が他に比べて顕著に強い 広がった天体 (CCS core) 有意な違いはみられない (ただし S/N 不足) （参考）連続波観測時の強度 (Z45+contBE, H40+contBE の観測結果を比較) 点源 (3C279) 有意な違いは見られない 広がった天体(Saturn, Jupiter) (2) 高周波側で雑音温度が高い (p9 参照)

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21 今後 (H26.6くらいまで) の予定 改造（７〜９月） 再搭載／立ち上げ（９月後半搭載？） 強度問題の解明に向けて 雑音温度向上
周波数特性向上 アイソレーターを交換する 再搭載／立ち上げ（９月後半搭載？） PolariS の立ち上げ 受信機の性能評価 周波数特性 出力強度／偏波の安定性 偏波校正 SiO maser の zeeman 効果試験観測 強度問題の解明に向けて 45m搭載後、いろんな組合せで測定する？