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新型の超広視野カメラ Hyper Suprime-Cam、始動へ

2012年9月12日

  2012年8月17日 (ハワイ現地時間、以下同じ)、国立天文台が東京大学カブリ IPMU 等と共同で開発を進めてきた新型の超広視野カメラ Hyper Suprime-Cam (HSC; ハイパー・シュプリーム・カム) がすばる望遠鏡に搭載され、2012年8月28日の夜から性能試験観測を開始しました。HSC は満月9個分の広さの天域を一度に撮影できる世界最高性能の超広視野カメラで、高さが3メートル、重さが3トンもの巨大な観測装置です。従来よりすばる望遠鏡に搭載されている Suprime-Cam (シュプリーム・カム) では満月よりやや広い視野を撮影できていましたが、HSC の登場により観測の効率がさらに大きく高まります。2002年より技術的な検討が始まり、長期にわたる開発期間を経て、2012年7月までに主要な部分の組み上げが完了、8月16日から 17日にかけて望遠鏡への搭載作業が行われました。今後、試験観測で予定されている性能が達成されているかどうかを確認した後、2013年より本格的な科学観測を始めます。科学観測では、すばる望遠鏡のシャープな星像と HSC の広視野を活かし、重力レンズ効果を用いたダークマター分布の直接探査などの観測が進められる予定です。


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写真1: 主要な部分の組み上げが完了した HSC の全体像。高さがおよそ3メートル、重さがおよそ3トンもの巨大なデジタルカメラです。(クレジット: 国立天文台・HSC プロジェクト)


  すばる望遠鏡には、主鏡の上約 15 メートルの位置に、主焦点と呼ばれる焦点があります。主焦点は広い天域 (視野) を一度に撮影できるという特徴があり、口径 8-10 メートル級の望遠鏡ではすばる望遠鏡だけが主焦点で観測できます。1999年のすばる望遠鏡のファーストライト以降、ここに主焦点カメラ Suprime-Cam が設置され、視野の隅々までシャープな天体画像が得られています。大口径・広視野・高解像度の特性を合わせ持つ望遠鏡はすばる望遠鏡の他になく、最遠方銀河の発見や銀河形成史の探求など、Suprime-Cam を使って数多くの研究がなされてきました。

  今回すばる望遠鏡に搭載され、性能試験観測が始まった HSC は、Suprime-Cam の7倍もの天域を一度に撮影できる新しいカメラです。国立天文台の宮崎聡さんを中心とするチームが 2002年から検討を始め、10 年がかりで開発を進めてきました。2005年には台湾・中央研究院が、2007年には米国・プリンストン大学、東京大学カブリ IPMU などが開発に参加しました。また、かつてないほどの巨大な HSC を搭載できるように 2010年にすばる望遠鏡の大掛かりな改修を行うなど、すばる望遠鏡を運用する国立天文台ハワイ観測所でも HSC を受け入れる準備を着々と進めてきました。

  HSC は大きく分けて、カメラ部、補正光学系 (レンズ鏡筒)、主焦点ユニットの3つの要素で構成されています。カメラ部は焦点面に 116 個の CCD 素子を配置しており、計8億 7000 万画素を持つまさに巨大なデジタルカメラです。この CCD 素子は国立天文台と浜松ホトニクス株式会社で新規に共同開発したもので、幅広い波長域にわたり非常に高い感度を有することが特徴です。また、光学収差や大気分散を補正するための補正光学系はキヤノン株式会社によって製作されました。結像性能はおよそ 0.2 秒角 (2万分の1度角) と、これほどの広視野の光学系では世界最高性能が達成されています。カメラ部や補正光学系などを保持し望遠鏡に取り付けるための機械部品である主焦点ユニットは、三菱電機株式会社が担当しました。主焦点ユニットの姿勢制御には、数トンの荷重を1-2マイクロメートルの位置精度で制御できるように特別に開発された6本のジャッキが備えられています。このように、HSC はまさに日本の最新技術の粋を集めた観測装置です。


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写真2: (左) カメラ部の内部・焦点面に並ぶ CCD。 (右) 下から見上げた補正光学系。レンズ表面が見えています。(クレジット: 国立天文台・HSC プロジェクト)


  日本国内で個々に製作されたカメラ部、補正レンズ、主焦点ユニットは、2011年8月から順次ハワイ観測所に届けられ、山頂施設で組み上げ作業が進められてきました。標高 4000メートル以上での作業は過酷なものでしたが、2012年7月までに主要な部分の組み上げが無事に完了しました。そして 8月16日から 17日にかけて、HSC の望遠鏡への搭載作業が行われました。HSC が望遠鏡上でも正常に駆動することや重量のバランスに問題ないことなどを慎重に確認した後、2012年8月28日の夜から性能試験観測を開始し、恒星の光が正しく HSC に導かれ、データが取得できていることを確認しました。今回の性能試験観測では入射光の波面が乱れていないかの確認に注力したため、非常に限られた視野での観測になりましたが、実際に天体から来た光をとらえることに成功した今回の観測は、HSC にとって、そしてすばる望遠鏡にとって非常に大きな一歩です。この瞬間を長年待ち望んでいた宮崎聡さんは、性能試験観測開始時の様子や思いを次のように語っています。


HSC 開発チームリーダー・宮崎聡さんの話:

「観測初日は薄い雲がかかっていたので、夏の大三角をなす明るい星の一つ、織り姫星 (ベガ) を最初の観測対象として選びました。座標を設定して望遠鏡を向けましたが、・・・何も写りません。カメラに重大な障害が発生したのかと思い、ドームまで確認に行きましたが、特に問題は見られません。ベテランのソフトウェアエンジニアの機転により、機械系の設定ファイルを入れ替え、再度望遠鏡を向けてみると、画面の左下から明るい星がスッと入って来ました。10 年前に数名のグループで検討を始め、その後多くの人の協力を得て、ようやくここまで来ました。これからが天文学研究の始まりです。じっくり取り組み、意味のある結果を出したいと思います。」


動画: HSCのすばる望遠鏡への搭載作業の様子。ミリメートル以下の精度で作業が慎重に進められました。180倍速相当で再生 (2012年8月16日撮影)。静止画拡大図はこちら。(クレジット: 国立天文台・HSC プロジェクト)


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写真3: (左) 性能試験観測中の観測室の様子。中央が HSC 開発チームリーダー・宮崎聡さん。 (右) HSC で織り姫星 (ベガ) の光をとらえたときの取得データ確認画面。中央に見える点状のものが星の光。(クレジット: 国立天文台・HSC プロジェクト)


  HSC の試験観測は今後も断続的に行われ、予定されている性能が達成されていることを慎重に確認していきます。また、複数のフィルター (波長域) を使って観測をできるようにするためのフィルター交換機構が追加され、そして2013年より本格的な科学観測が始まる予定です。科学観測では、まず、すばる望遠鏡のシャープな星像と HSC の広視野を活かし、重力レンズ効果を用いたダークマター分布の直接観測を行います。さらに、そのデータを元に、ダークエネルギーの正体を解明するための研究が飛躍的に進むことが期待されています。HSC で得られるデータを用いた研究の展開について、宮崎聡さんは次のように期待を寄せています。


HSC開発チームリーダー・宮崎聡さんの話:

「私たちは HSC を、ダークエネルギーの謎を解明するために開発しました。ダークエネルギーの残す信号は微少です。信号の真偽を確信を持って判別するには、実験物理学者のように、観測装置を自分たちで作り・評価し、その特性を完全に理解する必要があります。こうして丁寧に作られた天体カタログは、最初の目標を超えて、何かもっとおもしろいことの発見につながるかもしれません。できるだけ多くの人に使ってもらいたいと思っています。」


  また、HSC を使った観測計画に参加しているカブリ IPMU 機構長の村山斉さん、国立天文台長の林正彦さんも、次のようにコメントを寄せています。


東京大学カブリ IPMU 機構長・村山斉さんのコメント:

「宇宙の進化と未来を解明するために、私たちは数億個の天体を調査して全体の傾向を調べる、「宇宙の国勢調査」を行う必要があります。HSC の広大な視野はこのために欠かせません。それと同時に、暗黒物質の重力レンズ効果による、天体像の非常に小さなゆがみに秘められたたくさんの情報を見るには卓越した高画質が必要です。さらに、数十億光年先の天体を観測して宇宙の進化の歴史をひもとくために大きな反射鏡も必要です。現在、世界中ですばる望遠鏡以外にはこのすべてを満たす望遠鏡はありません。HSC の登場によって、すばる望遠鏡が観測的宇宙論の最先端を走り続けることは明らかです。私たちは今後、広視野を持つ新しい分光器を製作しすばる望遠鏡に搭載し、HSC と組み合わせて観測することで、宇宙の起源と未来を解き明かしたいと考えています (すみれ計画; Subaru Measurements of Images and Redshifts)。」


国立天文台長の・林正彦さんのコメント:

「すばる望遠鏡の特徴は、なんと言っても主焦点が使えることです。焦点距離の短い主焦点にデジタル・カメラを載せれば、望遠にして広角、すなわち広い範囲を一度に撮影しながら、同時に暗い細かな天体でも精細に撮影できる、ということです。このおかげで、すばる望遠鏡は宇宙最遠方銀河の記録を塗り替えてきました。このたび完成したハイパー・シュプリーム・カム (HSC) は、100 個以上の CCD を使った、全部で9億画素 (900 メガピクセル) のデジタルカメラです。これまで主焦点で使っていた広視野カメラ (シュプリーム・カム) に比べて、7倍も広い天域がいっきに観測できます。このカメラを用いれば、宇宙の広い範囲を、これまでにない高い感度で (つまり遠くて暗い銀河まで) 撮影することができます。10 億個くらいの銀河が写るのではないか、と思います。莫大な数の銀河の、形や分布や距離を詳しく調べることで、謎の物質ダークマターや、謎の現象ダークエネルギーの本質に迫れるのではないかと、強く期待しています。」


  HSC の開発は、国立天文台が東京大学 (カブリ IPMU、理学系研究科)、高エネルギー加速器研究機構、台湾・中央研究院天文及天文物理研究所、米国・プリンストン大学と共同で行ったものです。また、科学研究費補助金・基盤研究 (B) (課題番号: 15340065)、特定領域研究 (課題番号: 18072003)、および最先端研究開発支援プログラム (宇宙の起源と未来を解き明かす―超広視野イメージングと分光によるダークマター・ダークエネルギーの正体の究明―) によるサポートを受けています。


関連リンク:
HSC プロジェクトウェブサイト
HSC 開発者ブログ
すみれ計画ウェブサイト (カブリ IPMU)






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