Transcript SPICA-Sensitivity_031208

SPICAの点源観測限界の再計
算について
「SPICAで狙うサイエンス」研究会資料
2003年１２月８日
松原英雄
観測限界の見積もり
以下の仮定をおく。
● 望遠鏡: 口径(D) 3.5m、温度 5K、 放射率 5%
● 一画素の大きさ: 0.1"(λ/2.5 micron)*(3.5m/D)

ただし点源の像は、1.6(λ/D)=0.236“(λ/2.5 micron)*(3.5m/D) の直径の円にその天体からの全フラックスの
７０％が含まれているとして、その円内のピクセルをすべて足し合わせて計算している。
●波長帯域幅： 撮像はλ／Δλ＝５、分光は100, 1000, 3000（スリットレス分光は1.5）
●仮定した検出器・光学系のパラメータ
波長(micron)
一フレームの蓄積時間
読み出し雑音
検出器の量子効率
光学系効率
1.6 - 5.0
64sec
10e
0.9
0.35
5.0-30
64sec
20e
0.5
0.35
30-200
64sec
60e
0.5
0.1
200-1000
64sec
3000e
0.5
0.1
IR Sky observed with COBE/DIRBE
黄道光
（太陽系内
の塵から
の赤外線
放射）
Kelsall et al.
(1998) ApJ
銀河系内
の星間塵
からの赤外
線放射
508, 44
Arendt et al. (1998) ApJ 508, 74
Natural Background Emission
-5
Natural BG + 5K, 5% telescope
10
Brightness [W m-2 sr-1]
BG(OLD)
Total(EPL)
Total(LH)
Ecliptic Plane
(=122deg)
-6
10
-7
10
Lockman Hole
-8
10
10
100
Wavelength [m]
1000
検出1ピクセルに入射する背景光子数
No. of photons per pixel [photons/sec]
No. of Background Photons
@ Ecliptic Plane & Lockman Hole
Imaging(R=5) & Spectroscopy(R=3000)
10
Nphot(imaging)
Nphot(R=3000)
Nphot(imaging)
Nphot(R=3000)
6
10 4
100
1
0.01
0.0001
1
10
100
wavelength [micron]
1000
SPICA点源検出限界（連続光）
SPICA Point-source Sensitivity[Continuum]
1 hour, 5 sigma
Lim.
Lim.
blip
blip
3.5m
3.5m
Limiting Flux Density [microJy]
104
1000
Flux @ LH(1hr, 5sig. uJy)
Flux @ EPL(1hr, 5sig. uJy)
Lim. Flux @ LH
Lim. Flux @ EPL
Gal.con.(5sigma) [microJy]
Cirrus con.(5sigma, B0=5)
100
10
1
0.1
0.01
1
10
100
wavelength [micron]
1000
SPICA Line Sensitivity
SPICA Point-source Sensitivity for Line
@ Lockman Hole, 1 hour, 5sigma
Limiting Line flux [W/m2]
10 -18
Lim.
Lim.
Lim.
Lim.
Line
Line
Line
Line
flux(slitless W/m2)
flux(R=100)
flux(R=1000)
flux(R=3000)
10 -19
10 -20
10 -21
1
10
100
wavelength [micron]
1000
ライン検出限界は背景放射限界に達していない
Comparison with blip Sensitivity(line)
1 hour, 5 sigma, @ Lockman Hole
Limiting Line Flux [W/m2]
Lim.
Lim.
blip
blip
Line
Line
Lim.
Lim.
R=1000(1hr,
R=3000(1hr,
Line R=1000
Line R=3000
5sig, @LH) [W/m2]
5sig, @LH) [W/m2]
@LH
@LH
10 -20
10 -21
10 -22
1
10
100
wavelength [micron]
1000
露光時間を長くして背景放射限界へ到達する
Photon noise vs Read noise
R=3000 spectroscopy @ Lockman Hole
10 4
RN
delta_ne(phot) t=64
delta_ne(phot) t=600
delta_ne(phot) t=3600
Noise Electrons
1000
100
10
1
0.1
1
10
100
wavelength [micron]
1000
10-21W/m2（10Jy＠１０m)のライン検出は
夢ではない
Limiting Line flux(5sigma) [W/m2]
Limiting Flux(line) @ Lockman Hole
R=3000 with various exposure time
Lim.
Lim.
Lim.
Lim.
Lim.
Line
Line
Line
Line
Line
flux(R=3000)
flux(R=3000)
flux(R=3000)
flux(R=3000)
flux(R=3000)
t=64 tobs=1hr
t=600 tobs=1hr
t=3600 tobs=1hr
t=600 tobs=10hr
t=3600 tobs=10hr
10 -20
10 -21
10 -22
1
10
100
wavelength [micron]
1000