彗星のメタン分子重水素比の初測定による原始太陽系円盤赤道面の物質輸送過程の解明

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本研究では、彗星コマ中のメタン重水素体による極めて微弱な輝線の初検出を目指し、波長3μm帯における最高感度の地上近赤外線高分散分光観測を実現するため、独自開発のイマージョン回折格子を用いた新しい近赤外線高分散分光器を開発する。2021年度は、光学系設計、クライオスタット設計、二次元赤外線検出器の低温読み出し試験、イマージョン回折格子の常温での分光性能評価、を行った。光学系設計について、波長分解能を当初計画から2倍高い値に仕様変更して光学設計をやり直し、開発済みのイマージョン回折格子を用いてその波長分解能を達成できる設計解を得た。この変更により一度に観測できる波長域は狭まるものの、目的とする輝線強度の測定精度が向上する。この変更は、ESAの彗星探査機Rosettaの質量分析計による最新の報告を受けて、分子同定のために波長域を広くとる必要が減じたことによる。クライオスタット設計について、京都産業大学神山天文台荒木望遠鏡(口径1.3m)のカセグレン焦点に設置可能な設計解を得た。非常にコンパクトであり、他の中型、大型望遠鏡へも無理なく移設、設置が可能となっている。温度解析により光学系や赤外線検出器を十分に冷却可能であることも確認している。二次元赤外線検出器の試験について、Teledyne社製H1RG(5.3μmカットオフ)を温度約60Kまで冷却した状態で光への応答を測定した。その結果、仕様値通りのリニアリティが出ていることを確認した。イマージョン回折格子の評価について、分光系を模擬した光学系にインストールし、結像性能評価と波長分散測定を常温で行った。ここで光源には波長可変赤外線レーザー、検出器には非冷却型のPbSe二次元赤外線検出器を用いている。少なくとも波長分解能R>80,000(検出器のピクセルサイズによる測定限界)を達成し、設計通りの回折次数が得られていることを確認した。