神山天文台 大型赤外線分光器WINEREDによる高精度な天体分析を開始

 京都産業大学神山天文台は東京大学大学院理学系研究科と、2013年5月に共同研究に関する協定をむすび、両者が協力のうえ、神山天文台において天体観測装置、近赤外線高分散分光器WINERED(ワインレッド)の開発を行っています。このたび、WINEREDを用いた本格的な観測研究がスタートしました。
 WINEREDの開発および観測研究は、京都産業大学の近藤 荘平 神山天文台専門員、池田 優二 客員研究員・元本学理学部准教授、小林 尚人 東京大学大学院准教授らが主導しており、本学理学部卒業生であり現在東京大学大学院に在籍中の福江 慧さんなど含め、本学および東京大学大学院から多くの学生が開発・観測研究に参加しています。

大型赤外線分光器WINERED

 近赤外線という人間の眼には見えない光を、3万色に分解して分析できる高感度な分析装置であり、構成する部品すべてに最先端の技術を応用することで同様な機能を持つ天体観測装置の中では、現在世界最高の感度を誇っています。

 2013年5月には同装置の試験観測を実施して性能評価と装置の改良作業を進めてきましたが、2013年11月25日より、同装置を用いた高精度な天体分析のための観測を本格的にスタートし、その成果の一部を、12月17日、18日に京都大学で開催された「第三回 可視赤外線観測装置技術ワークショップ」にて発表しました。

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WINEREDの開発

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 この観測装置の開発には、本学の学生や神山天文台のスタッフ、そして東京大学大学院の学生、ポスドク、スタッフなどがチームとなって取組んでいます。WINEREDの開発に携わった両大学の学生の人数は、現在までに延べ14名となりました。学生諸氏は様々な技術を学びながら世界屈指の性能を誇る観測装置を開発しており、自らが開発した装置を用いた観測的研究を目指しています。WINEREDは11月末から本格的な稼働を開始したばかりですが、様々な天体の観測的研究を既にスタートしており、今後、多くの研究成果が得られるものと期待されています。その中には、京都産業大学の創設者・荒木俊馬博士の研究対象であったセファイド型変光星と呼ばれる特殊な恒星(*1)も含まれています。まさに、大学創設者の夢を引き継いだと言えるでしょう。

 神山天文台では、その他、多くの学外関係者(各種研究機関および各種メーカーなど産業界)の方々との恊働を通じてWINEREDの開発を推進しています。

 WINEREDは今後、更なる性能向上のための取組みを行い、最終的には世界最高性能の実現にむけて開発を継続しつつ、様々な天体の謎の解明に取組んでゆく予定です。今後の成果にご期待ください。

※1)セファイド型変光星とは(解説)
 セファイド型変光星と呼ばれる天体は、単独の恒星が膨張と収縮を繰り返すことにより明るさが変化する「脈動変光星」と呼ばれる変光星の一種。おおよそ2〜50日の周期で明るくなったり暗くなったりを繰り返す星で、それぞれのセファイド変光星によって周期が異なっている。周期と星の固有の明るさには関係(周期光度関係)があり、これによってセファイド変光星までの距離を求めることができる。また、周期が星の年齢とも関係をもつことが知られており(周期の長いセファイド変光星ほど若い)、その星がいつ頃誕生したのかを知る手がかりにもなる。神山天文台と東京大学大学院理学系研究科からなる研究チームでは、WINEREDによるセファイド型変光星の観測を通じ、我々の銀河系の構造と化学進化史の解明を目指している。  なお、本学創設者の荒木俊馬博士は、セファイド型変光星の理論的な研究を行って学位を取得している(1929年)。

神山天文台内での近赤外線高分散分光器の開発作業風景・観測風景

開発メンバーの声

  •  WINEREDのクライオスタット(真空・低温槽)の設計製作に携わり、開発の中心的役割を果たしている本学大学院生の中岡哲弥さん(本学大学院理学研究科・博士前期課程1年)は、装置開発に携わる事により短期間で効果的に様々な技術を身につけることができたと感想を述べるとともに「自分が関わった装置を使って自分自身で観測を行うことができ、大変、充実した研究生活を送ることができています。」と残りの学生生活について期待を述べています。
  •  近赤外線検出器など電気回路関係とソフトウェア開発を担当し、同じく開発の中核を担っている本学大学院生の川西崇史さん(本学大学院理学研究科・博士前期課程2年)は「自らが開発に携わった観測装置で、新たな天文学の研究が行える事にとても魅力を感じています。」と、自身が身につけた技術が随所に活かされた観測装置の今後の成果に期待しています。
  •  本学理学部の卒業生であり現在は東京大学大学院に在籍中の福江 慧さんは、「WINEREDで取得できる豊富な原子や分子のデータを用いることで、近赤外線波長域におけるセファイド型変光星の効果的な組成解析方法を、世界に先駆けて構築したいと思います。」とセファイド型変光星の研究において世界をリードすることに意欲を見せています。
  •  現在、神山天文台において装置開発および観測を主導している近藤荘平さん(神山天文台専門員)は「WINEREDで、新たな観測的・研究分野を開拓できると考えています。」と今後の研究の発展に大きな期待をよせています。
  •  同装置の基本概念を提唱し、これまで開発を牽引してきた東京大学大学院理学系研究科・准教授の小林尚人さんは今回の本格稼働開始について「WINEREDが端緒を開いた近赤外波長の高精度分光が、今後、天文学の主流の一つになるでしょう。」と今後の天文学の発展について語っています。

観測成果の例

ラブジョイ彗星(C/2013 R1 (Lovejoy))

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図1: 2013年12月1日未明に観測したラブジョイ彗星の発光スペクトル(上)とCN分子発光モデル計算結果(下)の比較。横軸は分子科学分野での慣例により 波数[/cm]単位としている。図のスペクトルでは、CN分子の”Red-band system” と呼ばれる多数の輝線がはっきりと分離して観測できていることが判る。観測された彗星スペクトルは、彗星コマ中の塵による太陽反射光とCN分子による発光 との両方を含んでいる。図中「OH airglow」とあるのは地球大気による発光。WINEREDの観測では、彗星の最も明るい中心部付近のみを観測した。図中の彗星画像は、2013年11月26日未明に本学大学院理学研究科・博士前期課程2年の長島雅佳さんがデジタルカメラで撮影したラブジョイ彗星の姿(提供)。

恒星のスペクトル例

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図2:表面温度が異なる様々な恒星のスペクトル。上から順に下にかけて温度が低く赤い星に相当している。スペクトル中に見られる「吸収線」は、恒星大気中の様々な元素によるもので、これらのスペクトルを分析することにより、恒星に含まれる元素の組成比を調べることが可能となる。温度が高い星の大気は原子状のガスだが、温度が低くなると次第に分子ガスが存在するようになってくる。上図で温度が最も低いケフェウス座μ星(ガーネットスター)では、波長1.1ミクロン(11000Å)付近にCN分子(シアン・ラジカル)による吸収が見られる。上から三番目と四晩目のスペクトルに対応する天体が、セファイド型変光星と呼ばれる変光星の一種。

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