サブミリ波天文学

マウナケア天文台のカリフォルニア工科大学サブミリ波観測所は1988年に開設され、10.4メートル（34フィート）の皿型アンテナが設置された。

サブミリ波天文学（綴りの違いを参照）は、電磁スペクトルのサブミリ波波長（すなわちテラヘルツ波）で行われる観測天文学の一分野です。天文学者はサブミリ波帯を遠赤外線とマイクロ波帯の間に位置付けており、通常は数百マイクロメートルから1ミリメートルの範囲とされています。サブミリ波天文学では、波長をマイクロメートルの古い呼び方である「ミクロン」で表記することが今でも一般的です。

サブミリ波観測は、CI、CO、CII線などのガスや塵からの放射を追跡するために使用できます。 [ 1 ] [ 2 ]この放射の背後にある源には分子雲と暗黒雲コアがあり、暗黒雲の化学物質の存在量とそれらを構成する分子の冷却メカニズムを決定することで、初期の崩壊から恒星の誕生までの星形成プロセスを解明するために使用できます。その他の源には、原始惑星円盤、初期宇宙の塵の多いスターバースト銀河、 AGNの周囲の直接環境、宇宙マイクロ波背景放射の二次異方性などがあります。[ 1 ] [ 3 ]

サブミリ波観測は、惑星、恒星、銀河の形成と進化のモデルを制限するために使用されてきた。[ 1 ] [ 4 ] CMBの前景要素とSMBHの周囲の環境を研究することにより、サブミリ波天文学は量子重力のモデルを制限し、初期宇宙における重力波と相対論的ニュートリノの役割を調査するためにも使用できる。 [ 1 ] [ 5 ]注目すべきことに、2020年に電波と遠赤外線の観測を使用してブラックホールの最初の画像を生成するイベントホライズンテレスコープは、 870μmのサブミリ波領域内でVLBI観測も行っている。 [ 6 ]

地上から

チャナントール高原の北（左）から南（右）まで約 180 度にわたるパノラマ ビューには、アタカマ大型ミリ波干渉計のアンテナが映っています。

地上観測所によるサブミリ波天文放射の検出における最大の制約は、大気放射、ノイズ、そして減衰である。赤外線と同様に、サブミリ波大気は多数の水蒸気吸収帯に支配されており、観測はこれらの吸収帯の間の「窓」を通してのみ可能である。[ 7 ] [ 8 ]理想的なサブミリ波観測地は、乾燥していて涼しく、気象条件が安定しており、都市部から離れた場所である。現在特定されている観測地はほんの一握りである。マウナ​​ケア山（ハワイ州、アメリカ合衆国）、アタカマ高原のリャノ・デ・チャナントール天文台（チリ）、南極点、そしてインドのハンレ（インド天文台のヒマラヤサイト）などである。比較すると、これら4つの観測地はいずれもサブミリ波天文学に最適であり、その中でマウナケア山は最も確立されており、おそらく最もアクセスしやすい場所である。近年、北極圏の高高度観測施設、特にグリーンランドのサミットステーションが注目を集めている。サミットステーションのPWV（降水量）測定はマウナケアよりも優れている（ただし、マウナケアは緯度が19度と低いため、グリーンランドよりも南の空を広く観測できる）。[ 9 ] [ 10 ]

リャノ・デ・チャナントール天文台には、南半球で運用されている最大のサブミリ波望遠鏡であるアタカマ・パスファインダー実験（APEX）と、世界最大の地上天文学プロジェクトであるアタカマ大型ミリ波干渉計（ALMA）が設置されています。ALMAは、口径12メートルの電波望遠鏡54台と口径7メートルの電波望遠鏡12台からなるサブミリ波波長観測用の干渉計です。サブミリ波干渉計（SMA）は、マウナケア山頂に設置されている別の干渉計で、口径6メートルの電波望遠鏡8台で構成されています。現存する最大のサブミリ波望遠鏡であるジェームズ・クラーク・マクスウェル望遠鏡もマウナケア山頂に設置されています。

一部のサブミリ波望遠鏡はVLBIにも使用されます。[ 11 ]

成層圏から

高高度気球や航空機を利用すれば、大気圏のより上空に到達できます。気球搭載型大型口径サブミリ波望遠鏡（BLAST）と成層圏赤外線天文台（SOFIA）がその例ですが、SOFIAは近赤外線観測も可能です。[ 12 ]

軌道から

比較[ 13 ]
名前年波長絞り
人間の目–0.39～0.75μm0.01メートル
SWAS1998540～610μm0.55～0.7メートル
ハーシェル200955～672μm3.5メートル

サブミリ波波長での宇宙観測は、地上での大気吸収の制限を取り除きます。宇宙における最初のサブミリ波望遠鏡は、ソ連のBST-1Mで、サリュート6号軌道ステーションの科学機器区画に設置されていました。直径1.5メートルの鏡を備え、紫外線（0.2～0.36ミクロン）、赤外線（60～130ミクロン）、サブミリ波（300～1000ミクロン）のスペクトル領域における天体物理学的研究を目的としていました。これらの領域は、宇宙の分子雲の研究や、地球の大気の上層で起こっているプロセスに関する情報の取得を可能にするなど、関心の高い領域です。

サブミリ波天文衛星（SWAS）は、 NASAの小型探査計画（SMEX）ミッションの一つとして、1998年12月5日に低軌道に打ち上げられました。この宇宙船のミッションは、巨大分子雲と暗黒雲コアを集中的に観測することです。SWASは、水（H 2 O）、同位体水（H 2 18 O）、同位体一酸化炭素（13 CO）、分子状酸素（O 2）、中性炭素（CI）の5つのスペクトル線に焦点を当てています。

SWAS衛星は2005年6月にNASAのディープインパクト計画を支援するために再設計されました。SWASは2005年8月末まで、彗星の水生成データを提供しました。

欧州宇宙機関は、 2009年にハーシェル宇宙望遠鏡（以前は遠赤外線サブミリ波望遠鏡またはFIRSTと呼ばれていた）として知られる宇宙ベースのミッションを開始した。ハーシェルは、これまで宇宙に打ち上げられた中で最大の鏡を展開し（2021年12月に近赤外線のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が打ち上げられるまで）、遠赤外線およびサブミリ波帯の放射を研究した。ハーシェルは、地球軌道ではなく、地球-太陽系の第2ラグランジュ点であるL 2の周りのリサージュ軌道に入った。L 2は地球から約150万km離れており、ハーシェルをそこに配置することで、地球と太陽からの赤外線と可視光線による干渉が軽減された。ハーシェルのミッションは、主に銀河の起源と銀河の形成に焦点を当てていた。

参照

参考文献

  1. ^ a b c d NAP.edu の「パネルレポート：天文学と天体物理学における新世界と新地平」を読む。 2011年。doi：10.17226/ 12982。ISBN 978-0-309-15962-3。
  2. ^ 「サブミリ波銀河 - AW Blain他」ned.ipac.caltech.edu . 2025年2月15日閲覧。
  3. ^スコット、ダグラス; ボンド、J. リチャード; チャップマン、スコット; コントレラス、ダゴベルト; フィッチ、マイケル; ハルパーン、マーク; ヒンショー、ゲイリー; ホロゼック、レニー; シーヴァース、ジョナサン (2019-10-11)「背景の前の宇宙論：CMB波長における構造成長の研究」、カナダ天文学・天体物理学長期計画白書、2020年:53、arXiv : 1910.05419、Bibcode : 2019clrp.2020...53S、doi : 10.5281/zenodo.3827103
  4. ^ Lagache, G.; Cousin, M.; Chatzikos, M. (2018-01-01). 「高赤方偏移銀河における[CII] 158 μm線発光」 . Astronomy & Astrophysics . 609 : A130. arXiv : 1711.00798 . Bibcode : 2018A&A...609A.130L . doi : 10.1051/0004-6361/201732019 . ISSN 0004-6361 . 
  5. ^スコット、ダグラス; ボンド、J. リチャード; チャップマン、スコット; コントレラス、ダゴベルト; フィッチ、マイケル; ハルパーン、マーク; ヒンショー、ゲイリー; ホロゼック、レニー; シーヴァース、ジョナサン (2019-10-11)「背景の前の宇宙論：CMB波長における構造成長の研究」、カナダ天文学・天体物理学長期計画白書、2020年:53、arXiv : 1910.05419、Bibcode : 2019clrp.2020...53S、doi : 10.5281/zenodo.3827103
  6. ^ Raymond, Alexander W.; Doeleman, Sheperd S.; Asada, Keiichi; Blackburn, Lindy; Bower, Geoffrey C.; Bremer, Michael; Broguiere, Dominique; Chen, Ming-Tang; Crew, Geoffrey B.; Dornbusch, Sven; Fish, Vincent L.; García, Roberto; Gentaz, Olivier; Goddi, Ciriaco; Han, Chih-Chiang (2024-08-27). "870 μmにおける初の超長基線干渉計による検出" . The Astronomical Journal . 168 (3): 130. arXiv : 2410.07453 . Bibcode : 2024AJ....168..130R . doi : 10.3847/1538-3881/ad5bdb . ISSN 0004-6256 . 
  7. ^コンドン、ジェームズ・ジャスティン、ランサム、スコット・J. (2016).エッセンシャル・ラジオ・アストロノミー. プリンストン現代観測天文学シリーズ. プリンストン: プリンストン大学出版局. ISBN 978-0-691-13779-7。
  8. ^ 「1 はじめに‣ 基本的な電波天文学」 www.cv.nrao.edu . 2025年3月7日閲覧。
  9. ^ 「サブミリ波観測地点としてのエルズミーア島のユーレカへの最近の関心」（PDF） 。2015年7月3日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
  10. ^ 「ASIAA サブミリ VLBI プロジェクト」(PDF) .
  11. ^ Raymond, Alexander W.; Palumbo, Daniel; Paine, Scott N.; Blackburn, Lindy; Córdova Rosado, Rodrigo; Doeleman, Sheperd S.; Farah, Joseph R.; Johnson, Michael D.; Roelofs, Freek; Tilanus, Remo PJ; Weintroub, Jonathan (2021-03-01). 「イベント・ホライズン・テレスコープ向け新規サブミリ波VLBIサイトの評価」 .アストロフィジカル・ジャーナル・サプリメント・シリーズ. 253 (1): 5. arXiv : 2102.05482 . doi : 10.3847/1538-3881/abc3c3 . ISSN 0067-0049 . 
  12. ^アンドレアス、ライナッハー;グラーフ、フリーデリケ。グライナー、ベンジャミン。ヤコブ、ホルガー。ヤニック・ラメン。ピーター、サラ。ヴィーデマン、マヌエル。ザイレ、オリバー。ケルヒャー、ハンス J. (2018 年 12 月)。「SOFIA 望遠鏡がフル稼働」 .天文計測ジャーナル。07 (4): 1840007.doi : 10.1142/ S225117171840007X。ISSN 2251-1717 。2025 年 2 月 17 日に取得。 
  13. ^ JPL: ハーシェル宇宙望遠鏡: 関連ミッション
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