共同利用観測装置報告書

1. 観測装置名

   COMICS

2. 装置責任者、サポートサイエンティスト名、チームメンバー名

   責任者	：	片坐宏一
   ＳＳ	：	藤吉拓哉
   メンバー	：	岡田陽子、岡本美子、尾中敬、酒向重行、本田充彦、宮田隆志、山下卓也

3. 主な研究目的・目標スペックと新たな開発要素(FDR時)
   • 銀河星間物質の進化と銀河の進化
     　z>3の宇宙論的遠方天体で水素分子の振動回転線を狙う
     　近赤外から中間赤外の星間塵のバンドの観測
     
   • 惑星系形成の解明
     　T Tau型星、ベガ型星の高空間分解能観測
     　T Tau型星、ベガ型星のシリケイトバンドの分光観測でダストの進化を追う
     
   • 星間塵の物性の詳細研究
     　星間塵の中分散分光観測により、宇宙における固体の物理学において新しい手法を開拓
     　星の周りでのダスト生成・変成機構の解明
     

   目標スペックは機能として定義されており、限界は予想値(目標値ではない)がFDRに書かれている。
   

   • 10um および 20um 帯での撮像及び長スリット分光
     限界等級は1時間積分でSN=10となる点源の明るさで定義 (図で記述)
     分光系
     

     	分解能	波長カバー範囲	限界
     10μm帯	2500	8-13μm	10〜30mJy
     20μm帯	2500	16-29μm	70〜200mJy
     10μm帯	10000	8-13μm
     空間分解能は回折限界

     撮像系
     

     	限界
     10μm帯	1〜3mJy
     20μm帯	7〜10mJy
     空間分解能は回折限界

     尚、FDRでは20μm帯の分光/撮像と 10μm帯分解能10000の分光は後回しにして、10μm帯の撮像と中分散分光装置としてreviewで認められた。

   • 現在(2003年8月)に達成できているスペック
     分光系
     

     	分解能	波長カバー範囲	限界
     10μm帯	250 (NLモード)	8-13μm	50〜80 mJy
     	2500 (NMモード)	8-13μm	300〜500 mJy
     	10000 (NHモード)	8.99,10.51,12.81μm付近3ヶ所	12.8μm付近で 1Jy
     20μm帯	2500 (QMモード)	16.7-20.7μm	5Jy
     	5300 (QHモード)	16.9-17.1μm	1〜1.5Jy

     撮像系
     

     	限界
     10μm帯	4〜11 mJy
     20μm帯	50〜200 mJy

     実績の検出限界/FDR予想値は10μm帯撮像が最も小さく4倍、ほかは30倍程度。
     この差は、
     ・検出器の量子効率がFDRでの推定より悪かったこと
     ・10μmで中分散、高分散では検出器の読みだしノイズが大きいこと、
     ・スリット効率の見積もり等でFDRでは良すぎる推定がつかわれていたこと
     による。

4. 完成時期・製作総経費　（年度別に、保守部品等も含む）
   　 （今後、機能追加のため等に必要な経費があれば、それについても記述）

   公開時期
   

   S02A 6月から	10um帯の撮像と10um帯低分散分光
   S02B	10um帯の中分散、高分散、Q撮像
   S03A	Q分光
   フィルターの追加に伴う機能更新は随時

   　

   １９９５年度	１７００万円
   １９９６年度	４００万円
   １９９７年度	１１７７２万円
   １９９８年度	９４８２万円
   １９９９年度	１４５０万円
   ２０００年度	７９０万円
   ２００１年度	１９５０万円
   ２００２年度	９２０万円
   総　計	２８４６４万円

   　★検出器６素子込みです。
   　★今後は、保守・小改良のために、年間２００−３００万円が必要と思われる。

5. GT でのサイエンスの項目リストと概要
   • T Tauri 型星におけるシリケイトダスト進化
     低質量前主系列星の原始惑星系円盤におけるシリケイトダスト組成・物性を観測的に探った。その結果、T Tauri 型星段階において、シリケイトダストの結晶化がおこることを観測的にはっきりとさせた。結晶化をもたらすようなダストの高温加熱現象が原始惑星系円盤において起こっていることが示唆される。

   • 銀河中心の中間赤外線撮像分光観測
     星間減光の少ない中間赤外線(N band)でのCOMICSの観測により、KECKでの撮像と比較しても高い空間分解能の、ほぼ回折限界の観測（0.3")に成功し、銀河中心方向の42"x32"の領域詳細な構造を明らかにした。さらに高空間分解能の分光観測により、赤外線源と星間でのダストの性質に相違があることを、初めて示した。（Okada et al. 2003 Astron. Nachr. 324, S1, in press)

   • 生まれたばかりの大質量星の質量分布の観測的研究
     UCHIIの電離状態を金属イオンの微細構造輝線から調べ、電離星が単一よりも数個のクラスターからなる可能性が高いことを示した。

   • 大質量星の形成に伴う周囲の構造とガス運動の観測的研究
     高分散分光による金属イオン微細構造輝線の観測から、高階電離イオンガスの運動を調べる。手法が有効であることを示しつつあり、一部の天体では、ガス運動と過去のアウトフローの関連について示した。

   • C-rich post-AGB星周りのダスト生成領域の観測的研究
     N/Qバンドに存在するダスト放射バンドを高空間分解能で観測し、空間的なスペクトルの違いを検出することで、ダストの形成史を観測的に調べた。結果、21um放射ダストが1000yr程度の短い時間で効率的に生成されることや、UIR放射ダスト中の13C量が相対的に変化することなどが明らかになった。

   • オリオンKL中心天体の構造の解明
     大質量形成の典型天体であるオリオン KL についてこれまでにない角分解能の撮像・分光観測から、IRc2 は真のエネルギー源である電波源"I" からの散乱光であることがわかった。

   • オリオンプロプリッドPDR領域からのダスト熱放射
     オリオン領域の中間赤外撮像観測と共同利用観測でのIRCSによる水素分子輝線観測から、プロプリッドの星周円盤ではダストが沈殿しており、惑星形成が開始していることが明らかとなった。

   • 星周円盤からの17μm水素分子純回転遷移線の観測
     ISO SWSによって17μm H2ラインが検出されたYSOのうち4天体に対して高分散分光観測をおこなった。十分な感度を達成したにもかかわらず、全4天体から17μm H2ラインは検出されなかった。このことから、ISOが検出したH2は、星周円盤起源ではないことが明らかになった。

   • オリオンシルエットディスクの中間赤外線での円盤サイズ
     オリオン領域に明るく広がる[NeII]ラインを背景光にして、オリオンシルエットディスクの中間赤外線での円盤サイズを観測した。可視のサイズとの比較から、円盤内のダストが>10μmまで成長していることを明らかにした。

   • Herbig Ae/Be型星におけるシリケイトダスト進化
     中質量の前主系列星の星周領域におけるシリケイトダストの組成・物性を観測的に探った。結晶化シリケイトは数多くの天体に付随していること、その組成にも大きな分散があることがはっきりし、1〜10Myrのタイムスケールでの結晶化がおきていることが示唆される。

6. 装置の現況
   • 共同利用に供している観測モードとその達成性能（モードごとに記載）：
     　

     ☆撮像モード点源感度（1σ1ｓ） （点源に対する感度）	達成性能	計画時の計算値
     Ｎバンド（10μm）撮像	25mJy @11.7μm	12mJy
     Ｑバンド（20μm）撮像	320mJy @17.7μm	120mJy

     ☆分光モード典型的感度（1σ1ｓ）	達成性能	計画時の計算値
     （１スペクトルエレメント当たりの点連続光源に対する感度、バンド内の透過率の良い部分について）
     Ｎバンド低分散（Ｒ〜250）	150mJy
     Ｎバンド中分散（Ｒ〜2500）	1.5Jy	180mJy
     Ｎバンド高分散（Ｒ〜8500）	3.5Jy	360mJy
     Ｑバンド中分散（Ｒ〜2500）	1Jy	0.6Jy
     Ｑバンド高分散（Ｒ〜5300）	3Jy	1.2Jy

     注１：Ｗｅｂ掲載のグラフはピクセル当たりの感度である。
     注２：分光で達成度が悪く、波長分解能が高いほど悪くなっているのは、計画書執筆時には現実的な読み出しノイズが想定できなかったためである。また、Ｎバンドの波長分解の高い場合には、チョッピングのために、ウェルに十分に電荷が蓄積するまで積分できていないことも状況を悪化させている。
     注３：現在は読み出しノイズのパターンノイズが優勢であり、上記表はパターンノイズを用いた検出感度である。しかし、解析時にパターンノイズの除去が可能であることがわかってきたので、数値は改善する予定である。

   • 当初計画に比して新たに追加あるいは改善を工夫した機能等特記事項があれば：
     Ｑバンドでの観測モード（撮像＆分光）
     Ｎバンド高分散

   • 当初計画にあり、未だ立ち上げ中の観測機能：
     　　（遅れている理由、今後の見通し、要望する支援策、ほか）
     　　　　特になし。

   • 観測所への引き渡し予定：
     半年後くらいに、引き渡し作業を開始できるかもしれない。

   • 現在の性能で、当初目的とした研究を行なうことが可能か

     「z>3の宇宙論的遠方天体で水素分子の振動回転線を狙う」というテーマは以外は実行可能であり、GTおよび共同利用の中で遂行中。

   • 他の8m級望遠鏡装置にない特徴など

     システムとしてまともに安定して、分光も撮像も稼働している。
     (他では、撮像しか稼働していなかったり、分光も稼働しているとは言っているものの、実際には感度がまったく出ていなかったりする)

     スリットビュワーがあり、分光観測中にどこにスリットがあてられていたのかがはっきりしている。

7. 共同利用実績
   • 当該装置利用プログラム件数（ＧＴプログラムを含む）
     

     ＧＴ	：	１０件
     観測所時間	：	５件
     共同利用	：	４件

   • 観測総夜数（ＧＴプログラムを含む）
     いままでのところ（２００３年０６月末日まで）、
     観測所時間＋ＧＴ：２４夜
     プラス共同利用５夜で計２９夜。

   • 当該装置の利用経験者数
     １１名
     （ＣＯＭＩＣＳチームメンバー除く）

8. 学術成果実績（ＧＴ、共同利用含む）
   • 装置論文のリスト、今後の発表予定
     
     1. (5)　"COMICS: the cooled mid-infrared camera and spectrometer for the Subaru telescope"
        Kataza H., Okamoto Y., Takubo S., Onaka T., Sako S., Nakamura K., Miyata T., Yamashita T., 2000, SPIE, 4008, 1144

     2. (0)　"Improved performances and capabilities of the Cooled Mid-Infrared Camera and Spectrometer (COMICS) for the Subaru Telescope"
        Okamoto Y. K., Kataza H., Yamashita T., Miyata T., Sako S., Takubo S., Honda M., Onaka T., 2003, SPIE, 4841, 169

     3. (0)　"Developing new data acquisition devices for COMICS"
        Sako S., Kataza H., Yamashita T., Miyata T., Okamoto Y. K., Takubo S., Honda M., Onaka T., 2003, SPIE, 4841, 1211

     4. "Improvements in operating Raytheon 320x240 Si:As IBC mid-ifrared array"
        Sako S., Okamoto Y. K., Kataza H., Miyata T., Takubo S., Honda M., Fujiyoshi T., Onaka T., Yamashita T., 2003, PASP, submitted

     5. Kataza H., et al. (in preparation)　COMICS全般について

   • 学術誌掲載済論文のリスト
     GT:
     　　 REFEREED PAPERS
     
     1. (0)　"Detection of Crystalline Silicates around the T Tauri Star Hen 3-600A"
        Honda M., Kataza H., Okamoto Y. K., Miyata T., Yamashita T., Sako S., Takubo S., Onaka T., 2003, ApJ, 585, L59

     2. (0)　"K3-50A: An Ultracompact H II Region Ionized by a Massive Stellar Cluster"
        Okamoto Y. K., Kataza H., Yamashita T., Miyata T., Sako S., Takubo S., Honda M., Onaka T., 2003, ApJ, 584, 368

     　　 PROCEEDINS
     
     1. "Mid-infrared Spectroscopic Observations of Old CTTSs"
        Honda M., Yamashita T., Kataza H., Miyata T., Okamoto Y. K., Sako S., Takubo S., Onaka T., 2003, Proceedings of the workshop "Chemistry as a diagnostic of star formation" held at Ontario, Canada during Aug 21-23 2002

     2. "Ground Based MIR Observations of C-rich Proto Planetary Nebulae"
        Miyata, T., Kataza, H., Okamoto, Y. K., Sako, S., Honda, M., Onaka, T., Okada, Y., Yamashita, T., and Murakawa, K., 2003, in "Mass-losing Pulsating Stars and their Circumstellar Matter, Observations and Theory" eds. Y. Nakada, M. Honma, and M. Seki, 251--252

     3. "Spatially Resolved Spectra of the Red Recta ngle in the N-band: Post-AGB Objects as a Phase of Stellar Evolution"
        Miyata T., Kataza H., Okamoto Y., Sako S., Takubo S., Onaka T., Yamashita T., 2001, Ap&SS, 265, 351 (Proceedings of the Torun Workshop)

     4. "Mid-infrared imaging and spectroscopy observation of the Galactic Center with Subaru/COMICS"
        Okada Y., Onaka T., Miyata T., Kataza H., Okamoto Y. K., Sako S., Honda M., Yamashita T., Fujiyoshi T., 2003, Proceedings of Galactic Center Workshop 2002, held at Kailua-Kona, Hawaii during Nov. 3-8, 2002

     5. "Mid-Infrared Observations of Ultracompact HII Regions: Ionization by Massive Stellar Clusters"
        Okamoto Y. K., , Kataza H., Yamashita T., Miyata T., Sako S., Takubo S., Honda M., Onaka T., 2002, ASP Conf. Ser. 267, p.399 (Proceedings of the workshop "The Earliest Phases of Massive Stellar Birth (Hot Star Workshop III)" 2001, August)

     共同利用:
     

     1. (0)"COMETS C/2001 RX_14 (LINEAR) AND C/2002 V1 (NEAT)"
        M. Honda, University of Tokyo, T. Yamashita, H. Kataza, T. Miyata, T. Fujiyoshi, S. Sako, Y. K. Okamoto, T. Onaka, T. Sekiguchi, D. Kinoshita, and J. Watanabe, 2003, IAU Circ., 8053, 2

   • 学術誌投稿中論文のリスト
     共同利用:
     
     1. "The 10μm Spectra of Comet C/2002 V1(NEAT) and C/2001 RX14(LINEAR)" Honda M., Watanabe J., Yamashita T., Kataza H., Okamoto Y. K., Miyata T., Sako S., Fujiyoshi T., Kawakita H., Furusho R., Kinoshita D., Sekiguchi T., Ootsubo T., Onaka T., 2003, ???, submitted

     2. "Sub-arcsecond Imaging and Spectroscopic Observations of the Red Rectangle in the N-band"
        Miyata T., Kataza H., Okamoto Y.K., Onaka T., Sako, S., Honda M., Yamashita T., and Murakawa K., 2003, A&A, submitted

   • 学術誌投稿予定論文のリスト
     
     1. Honda M., et al.

9. その他、特筆事項
   　 観測所他への要望、意見等、製作グループの今後の計画