[論文レビュー] The Origins Space Telescope (OST) Mission Concept Study Interim Report

Ost mission concept study team|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2018

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 5被引用数 8

ひとこと要約

Origins Space Telescope (OST)ミッション・コンセプトは、5〜660ミクロンの波長域で広視野撮影および分光測定を実施する、5つの高度な機器を装備した9.1メートルの宇宙望遠鏡を提案している。この画期的な感度は、初期の銀河形成から生命が宿る世界の起源に至るまで、天文学全般にわたる画期的な発見を可能にする。

ABSTRACT

The Origins Space Telescope (OST) will transform our understanding of the Universe, from formation of the earliest galaxies to the creation of habitable worlds. OST's Mission Concept 1, the subject of this report, features a cold (4 K) large-aperture telescope (9.1 m) and five powerful instruments, providing imaging and spectroscopy over a wavelength range from 5 to 660 microns. OST's dramatic increase in sensitivity over previous missions ensures breakthrough discoveries in a broad range of astrophysics disciplines.

研究の動機と目的

• 最初の銀河の形成から、生命が宿る惑星系の出現に至るまで、宇宙の起源に関する理解を深めること。
• 現在および過去のミッションを超えて、遠赤外線およびサブミリ波長帯天文学における感度の向上という、極めて重要なニーズに対応すること。
• 星形成領域、原始惑星円盤、および系外惑星の大気における化学的・物理的状態を調査できる宇宙望遠鏡の開発。
• 5〜660ミクロンの波長範囲で、高感度かつ広範囲のスキャンを実現し、微弱で遠方、冷たい天体を検出すること。

提案手法

• 4 Kに冷却された9.1メートルの主鏡を用いて、遠赤外線およびサブミリ波長帯の熱的背景を最小限に抑え、感度を最大化する。
• 5〜660ミクロンの波長範囲で撮影および分光測定に最適化された5つの専用機器を統合する。
• 冷却運用により、極めて低い背景ノイズを実現し、微弱で冷たい、遠方の天体を検出可能にする。
• 広範囲の天の川スキャンを効率的に行えるように、高感度かつ広視野スキャン能力を備えた望遠鏡を設計する。
• 従来の宇宙望遠鏡をはるかに上回る感度向上を実現するため、先進的な検出器技術および機器アーキテクチャを導入する。
• 初期銀河、銀河間物質、系外惑星系といった、重要な天体を観測できるように、ミッション構成を最適化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期宇宙における最初の銀河はどのように形成・進化したのか。また、ダストや分子ガスはその出現にどのような役割を果たしたのか。
• RQ2 星および惑星形成を支配する銀河間物質の化学的・物理的状態は何か。
• RQ3 特に原始惑星円盤の文脈において、惑星系はどのように形成・進化するのか。また、生命が宿る世界の形成可能性はいかがなっているのか。
• RQ4 特に恒星のハビタブルゾーンにある系外惑星の大気の組成および物理的状態は何か。
• RQ5 宇宙の歴史を通じて、冷たいダストおよび分子ガスの分布と進化はどのように変化するのか。また、銀河の構築をどのように追跡するのか。

主な発見

• OSTミッション・コンセプトは、過去の遠赤外線宇宙望遠鏡をはるかに上回る感度の向上を実現し、微弱で冷たい、遠方の天体の検出を可能にする。
• 9.1メートルの主鏡に4 Kで冷却された望遠鏡は、大口径と低背景を組み合わせた画期的な特性を有し、5〜660ミクロン範囲での深さと広視野スキャンに最適である。
• 5機器のセットアップにより、遠赤外線およびサブミリ波長帯全体の包括的な撮影および分光測定が可能となり、多様な天文学的調査を支援する。
• 画期的なスペクトル的および空間的動態範囲を活かし、銀河進化、星および惑星形成、生命が宿る世界の探査といった、重要な問いに応える。
• 望遠鏡の感度および波長カバレッジにより、高赤方偏移銀河および原始星系からの分子線およびダスト放射の検出が可能になる。
• このミッション・コンセプトは、宇宙における構造、化学、生命の起源に関する根本的な問いに答えるための現実的な道筋を示している。