Pathfinding of high-precision radial-velocity measurement: from direct measurement of Universe's expansion history to spectroscopy of terrestrial planets

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本研究は、望遠鏡の指向擾乱に対して原理的に無依存である瞳分光の安定性に着目して、太陽型星周りの地球型系外惑星の探査や宇宙加速膨張の直接計測を可能とする、視線速度法の高精度化を実現するものである。本方式の原理は、2022年にApJより出版されている。初年度は、瞳分光器の基礎的な評価と、視線速度精度を決定づける分光測光精度の測定のためのテストベッドの構築が目標である。ここで事前検討により、視線速度精度100万分の10（10 parts-per-million: 10 ppm）が到達できれば、数cm/sの精度の実現が可能であるため、10 ppmの安定性が評価できるテストベッドの構築が要求される。まず、光学定盤上で可視光の瞳分光器を構築することに成功し、予想通りの波長帯域・波長分解能が得られていることを確認した。さらに、数l/D (l: 波長、D: 口径)の指向擾乱を瞳分光器に導入し、瞳のスペクトルの形状や位置が変化しないことを確認した。従来の焦点分光では、その位置が点回折像の大きさの数倍程度の変化が起こるのに対して、本研究の瞳分光器は点回折像の100分の1以下の変化に収まっていることが分かった。瞳分光器の安定性を特徴づける、指向擾乱に対して検出器上の像の位置や形状が無依存であることを実験的に確認できたことになる。次に、常温・常圧下での分光測光精度の評価において、光源の光量変化が測定精度を1000ppm程度に制限するため、光源の光量変化が測定精度に影響を与えない工夫をテストベッドに施した。その結果、30分の計測時間であるものの、ほぼ10 ppmの分光測光精度を達成していることを確認した。以上より、初年度に設定した二つの目標を達成できたと考える。