すばる望遠鏡の次世代分光器が夜空のスペクトルを観測

【2021年4月27日 すばる望遠鏡】

すばる望遠鏡では2023年から、次世代の基幹観測装置の一つ「超広視野多天体分光器 PFS（Prime Focus Spectrograph）」の運用開始を目指している。PFSなどで実施される、天体のスペクトルをとらえる分光観測では、大気中のヒドロキシ基（OH）やオゾンが発する「夜光（やこう）」も宇宙からの光と一緒に装置で検出されてしまうため、これを見積もってノイズとして取り除く必要があるが、夜光の強さは時間とともに変化し、観測する空の場所によっても違うので、取り除くのは簡単ではない。

PFSを構成する4つのシステム（提供：PFS Project/Kavli IPMU/NAOJ）

今年2月11日、PFSの一部を使った試験観測が実施され、夜空のスペクトルを取得することに成功した。

PFSは、すばる望遠鏡が集めた光を視野約1.4度の「主焦点装置」で受け、この中で2400本の光ファイバーが観測したい天体の位置に合わせて配置される。天体の光は全長55mの「ファイバーケーブルユニット」を通って、赤・青・近赤外線の3台のカメラで波長380～1260nmのスペクトルを一度に取得する「分光器」へ送られる。そして主焦点装置内部での光ファイバーの位置は「メトロロジカメラ」で常時監視される仕組みだ。

光ファイバーは全部で4本のファイバーケーブルユニットにまとめられて分光器へ送られるが、2月に1本目のファイバーケーブルユニットが敷設され、今回の試験観測に使われた。ファイバーケーブルは望遠鏡の鏡筒とドーム棟内に張り巡らされるが、望遠鏡が動いたり気温が変化したりすることで光ファイバーに変形などの負荷が掛かると、天体の光を正しく分光器へ伝えられない。そのため、光ファイバーをチューブにまとめたり、負荷を和らげるためのスペースを設けたりするなどの工夫がファイバーケーブルユニットに施されている。

ファイバーケーブルユニットの構成図（提供：PFS Project、以下同）

今回の試験観測では、すばる望遠鏡の主鏡ではなく、主焦点の近くに取り付けられた口径4cmほどの試験用の小型望遠鏡「SuNSS（Subaru Night-Sky Spectrograph）」で夜空の光を集め、ファイバーケーブルを通じて分光器へ送った。PFSの主焦点装置がすばる望遠鏡に設置されるまでは、このSunSSによる夜光の調査を続け、データをPFSの画像処理ソフトウェアの開発に反映させる予定とのことだ。

試験観測で取得された夜空のスペクトル。（上段）分光器内のCCD検出器で得られた元画像。（左）「青」カメラ、（右）「赤」カメラ。（下段）解析ソフトウェアを用いて抽出されたスペクトル。（左図）「青」、「赤」2つの画像から抽出したスペクトルを結合。赤線1本1本が大気にあるヒドロキシ基などからの輝線（※図の縦軸は相対的な明るさ）。（右図）波長870～915nmの波長域（左図の青枠で囲まれた部分）を拡大したスペクトル。緑色の線はOHの理論上の波長を表す。画像クリックで拡大表示