[論文レビュー] The Cornell Caltech Atacama Telescope

S. J. E. Radford, Riccardo Giovanelli+2 more|ArXiv.org|Apr 23, 2007

Adaptive optics and wavefront sensing被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、チリ北西部の標高5,600 m地点に建設予定の25メートル級のサブミリ波長望遠鏡、コロンビア・カリフォルニア・アタカマ望遠鏡（CCAT）を提案する。この望遠鏡は、広視野かつ高感度な調査を可能にする設計であり、20弧分の視野角、波面誤差10 μm未塔のセグメント化された主鏡のアクティブ制御、短波長および長波長のボロメトリック画像化および分光法のための機器を備え、ALMAによる高分解能研究を補完する大規模で深さのある調査を可能にする。

ABSTRACT

Cornell University, the California Institute for Technology, and the Jet Propulsion Laboratory are jointly studying the construction of a 25 m diameter telescope for submillimeter astronomy on a high mountain in northern Chile. This Cornell Caltech Atacama Telescope (CCAT) will combine high sensitivity, a wide field of view, and a broad wavelength range to provide an unprecedented capability for deep, large area, multi-color submillimeter surveys to complement narrow field, high resolution studies with ALMA. CCAT observations will address fundamental themes in contemporary astronomy, notably the formation and evolution of galaxies, the nature of the dark matter and dark energy that comprise most of the content of the universe, the formation of stars and planets, the conditions in circumstellar disks, and the conditions during the early history of the Solar system. The candidate CCAT site, at 5600 m in northern Chile, enjoys superb observing conditions. To accommodate large format bolometer cameras, CCAT is designed with a 20 arcmin field of view. CCAT will incorporate closed loop active control of its segmented primary mirror to maintain a half wavefront error of 10 mum rms or less. Instrumentation under consideration includes both short (650 mum-200 mum) and long (2 mm-750 mum) wavelength bolometer cameras, direct detection spectrometers, and heterodyne receiver arrays. The University of Colorado, a Canadian university consortium, and the UK Astronomy Technology Centre on behalf of the UK community are pursuing participation in the CCAT consortium. When complete early in the next decade, CCAT will be the largest and most sensitive facility of its class as well as the highest altitude astronomical facility on Earth.

研究の動機と目的

• サブミリ波長帯における深さのある大面積調査を可能にする、大口径で高感度なサブミリ波長望遠鏡の開発を目的とする。
• ALMAのような高分解能施設を補完するために、重要な天体物理学的現象の広域カバーを提供することを目的とする。
• 銀河形成、暗黒物質、暗黒エネルギー、および惑星・星形成の根本的問題の解明を目的とする。
• チリ北西部の5,600 m標高地点に優れた大気的条件が整っていることを利用し、最適なサブミリ波長観測を実現することを目的とする。
• アクティブミラー制御と大画素ボロメーターカメラを備えた望遠鏡を設計し、高精度な画像化および分光法を実現することを目的とする。

提案手法

• 調査効率を最大化するため、20弧分の視野角を有する25メートル径の望遠鏡を設計する。
• 波面誤差が10 μm RMS未満に保たれるよう、セグメント化された主鏡の閉ループアクティブ制御を実装する。
• 短波長（650–200 μm）および長波長（2–750 μm）のボロメーターカメラを統合し、広帯域カバーを実現する。
• 直接検出分光計および変換受信器アレイを開発し、高分解能分光法を可能にする。
• 高高度で乾燥した地点を活用し、大気吸収を低減し、観測効率を最大化する。
• コロラド大学、カナダ連合、英国天文学技術センターなどの機関と協力し、機器および運用を支援する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大口径で広視野のサブミリ波長望遠鏡は、銀河進化の研究における感度と調査速度をどのように向上させるか？
• RQ2 高高度地点からサブミリ波長帯で高い波面安定性と感度を実現するための技術的設計は何か？
• RQ3 広視野サブミリ波長調査は、星および惑星形成の探査においてALMAの高分解能観測をどのように補完するか？
• RQ4 短波長および長波長サブミリ波長帯で最適な性能を発揮するための機器構成は何か？
• RQ5 25メートル級望遠鏡が5,600 m標高で運用するにあたり、最適なサイト条件と工学的ソリューションは何か？

主な発見

• CCATの設計は20弧分の視野角を達成しており、サブミリ波長帯の大面積調査を効率的に行うことを可能にする。
• アクティブミラー制御により、波面誤差が10 μm RMS未塔を維持され、高品質な画像と感度が保証される。
• 200 μmから2 mmの波長域において、ボロメトリック画像化および分光観測の両方を最適化している。
• チリ北西部の5,600 m地点は、優れた大気透過性と低水蒸気含量を有しており、サブミリ波長天文観測に最適である。
• 機器計画には、マルチバンドボロメーターカメラ、直接検出分光計、および変換受信器アレイが含まれ、多様な科学的応用が可能となる。
• CCATは完成時に、同クラスで最大かつ最も感度の高いサブミリ波長施設であり、地球上で最も標高の高い天文観測所となる見込みである。