アンドロメダ星雲中心より到来するデカメータ電波パルス群の解明

*大家 寛[1], 飯島 雅英[2]

福井工業大学[1]
東北大学[2]

Investigation of Source Positions of Decameter Radio Wave Pulses from the Center Part of Andromeda Nebula

*Hiroshi Oya[1] ,Masahide Iizima [2]
Fukui University ｏｆ Technology [1]
Tohoku University[2]

An interferometer system, of the decameter radio waves, which consists of four decameter radio observation stations of Tohoku University at Yoneyama, Kawatabi, Zao and Iitate located with base lines within a length range from 45km to 115km being linked by radio waves of telemeter system has been established for the detection of weak decameter radio wave pulses from the center part of Andromeda Nebula. For this purpose, four cesium vapor time standards have been furnished being distributed at each component observation station of the interferometer system. Calibration of the relative phase shift of the instruments at all of the component stations has been made utilizing decameter radio waves from Cassiopeia A. Observations have been started from early September, in 2001.

１．序　　本研究に先行して、銀河中心部に１″角精度で２４種に到る デカメータ電波パルス群が存在することが確認されていた（Oya and Iizima, 1999, Science Report of Tohoku University, Ser. 5, Vol. 35, No.2, P1-78）が、この成果を踏まえ、同種の７４種に到る デカメータ電波パルス群に対する電波源がアンドロメダ星雲にも存在す ることを確認している（第１０８回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会 ，２０００）。しかし、この電波源が真にアンドロメダ星雲中心部に存 在するか否かの確定の必要があり、２０００年４月より本研究が開始さ れた。
２．長距離干渉計実時間計測法の開発　　本研究では、“アンドロメダ 星雲の中心位置にあるデカメートル電波源位置を１″角以内の精度で確 定できること”を主題として、すでに木星デカメートル電波観測のため に東北大学理学部で開発されている４５ｋｍ〜１１５ｋｍの範囲のベー スラインをもつ長距離干渉計網を応用し、アンドロメダ星雲中心に対す る電波源位置決定のための“干渉計による実時間計測法”を開発した。 なお、このシステムには２００１年４月より干渉計の基礎局すべてにお いてセシウム時間標準が設置され、テレメーター電波の位相制御も １０＾-13の精度で実施可能となり、実時間計測法の考え方を実現可能 としている。
２．１　Ｓ／ＮとＡ―Ｄ変換問題　　電波天文学においては非コヒーレ ント性の電波受信信号のＡ−Ｄ変換の際、対象信号のＳ／Ｎが１より極 端に小さな場合に、信号レベルが単独ではＡ―Ｄ変換器の最小検出ビッ トに達しなくとも、長時間積分法を用いることによって、信号検出可能 となることは良く知られている。Ａ−Ｄ変換器の基準電圧Ｔ_AD に対し 、信号電圧Ｓ、雑音電圧Ｎを考える時、Ｓ＋ＮがＴ_ADを越す確率
Ｐ（Ｓ＋Ｎ−Ｔ_AD ＞０）とＮがＴ_ADを越す確率
Ｐ（Ｎ−Ｔ_AD ＞０）は、統計的に明らかに
　　　　Ｐ（Ｓ＋Ｎ−Ｔ_AD ＞０）＞Ｐ（Ｎ−Ｔ_AD ＞０）
であるからである。しかし、この考えをパルス成分を解析する対象に適 用することは出来ない。すなわち、周期解析に際しては、ディジタル空 間でのＳの存在がランダムな要素をもつＮに支配されてはならないから である。そこで以下の評価を行った結果、実時間干渉計法を開発する必 要のある点が結論された。
・銀河中心からのデカメータパルス群の平均Ｓ／Ｎ比：8×１０＾-3。
・銀河中心からのデカメータパルス群電波レベルのＡ―Ｄ変換後の最大
　占有ディジット：下位５ビット（銀河背景雑音レベルを最大ビット
　１２に調整した時）。
・銀河中心からのデカメータパルス群の電波レベル平均値：7000Jy。
・予想されるアンドロメダ・デカメータ電波パルスの強度：
　銀河中心デカメータ電波パルス強度に対しー３８ｄＢ。
したがって、Ａ−Ｄ変換時、最下位２ビットに対応するアナログレベル として受信するためには、アンテナシステム指向性ビーム・クロスセク ションを銀河中心デカメータ電波観測の場合の１／７３５に、すなわち 等価アンテナ利得を２８ｄＢあげる必要がある。また同時に１″角の精 度の指向性を得るため、アナログレジームで干渉計を動作させることか ら実時間運用が不可欠となる。
２．２　方式　　本実時間計測法では、基準局で得られた信号と任意の 対局での位相を完全にそろえ加算して、最大信号強度をうる方式をとる 。したがって、中央受信局では開発された対局から送られてくる信号の 位相差制御装置を設置し、基準局と対局との間での干渉位相差を０．５ 秒毎に制御しつつ相殺している。この際、対局に生じている受信システ ム位相差はセシウム時間標準の安定限界となる２週間の間に１回ずつ較 正してゆく必要がある。
２．３　機器位相差の較正　　各観測点間の絶対位相をそろえるために 必要な各観測局での受信システム位相差の較正は、カシオペアＡ電波源 からのデカメータ電波を用い２０時間にわたる時間積分を行って、干渉 計位相差の変動に対しカシオペアＡ電波源内に特定し、算出された規準 フリンジ位相変動との間での相関値によって行った。
３．観測　　準備観測に２００１年８月中旬より入り、各局の受信機シ ステムのレベル位相安定性、テレメーターシステムの位相伝送特性を計 測した。その結果、位相安定性は２週間にわたり±４５°の範囲にあり 、所期の目的を果たしている。９月上旬より各局の位相較正を実施し、 ９月７日より本観測に入った。精度±１５°でシステム位相差が決定さ れている。