CMB 偏光観測衛星 LiteBIRD概念設計 インフレーション起源の原始重力波の探索 
関本裕太郎 (JAXA)•堂谷忠靖(JAXA)•羽澄昌史(KEK)•小松英一郎 (MPA)•石野 宏和(岡山大)•今田大皓(JAXA)•魚住聖 (岡山大)•宇都宮真(IPMU)•鹿島伸悟(NAOJ)• 片山伸彦 (IPMU)•桜井雄基 (IPMU)•篠崎慶亮(JAXA)•菅井肇(IPMU)•辻本匡弘(JAXA)•冨田洋(JAXA)•永田竜 (KEK)•長谷部孝(JAXA)•松村 知岳(IPMU)•満田和久(JAXA)•南雄人(KEK) 他 LiteBIRD phase A1チーム 
ポスター P-104 : 羽澄：LiteBIRD衛星のサイエンス、ミッション、プロジェクト概要 P-105 : 石野：LiteBIRD衛星のシステム概要 P-106 : 桜井・松村：LiteBIRD科学衛星のための偏光変調器の開発状況 P-107 : 金井•市来•片山：LiteBIRDのための前景放射除去アルゴリズムの検証 P-108 : 今田・長谷部：LiteBIRD望遠鏡光学系の物理光学および熱構造の検討 
This document is provided by J AXA.
LiteBIRDの概要  
Lite%(light)%satellite%for%the%studies%of%B-mode%polarization%and%Inflation%from%cosmic%background%Radiation%Detection%-%宇宙マイクロ波背景放射%(CMB)の偏光を全天で観測%-%観測周波数%:%34%-%448%GHz%(15%bands)%- ISAS戦略的中型%- 2020年代2号機%
E-modeB-mode
Inﬂation potential energy
r: tensor to scalar ratio
This document is provided by J AXA.
原始重力波Bモード偏光�
•  インフレーション宇宙 
–  Alan Guth 1981 Physical Review D –  Katsuhiko Sato 1981 MNRAS 195, 467 
•  大統一エネルギースケールのラグランジアンの知見 
•  量子重力理論への制限 
–  代表的なsingle large field slow-roll modelでは r > 0.002 
•  時空の量子ゆらぎの発見 
V 1/4 = 1.06 ⇥ 1016 ⇥✓ r
◆1/4[GeV]
インフラトンポテンシャル 
3�Fundamental Physicsにおける大きな意義�
•  地平線問題%•  平坦問題�
This document is provided by J AXA.
LiteBIRDの進展と現状�
• プロジェクト�
–  2015年2月に宇宙研中型に提案、ミッション定義審査(MDR)を通過�
–  2016年5月に国際科学審査、8月に計画審査2016年9月よりフェーズA1を開始�
–  PI 羽澄昌史 (KEK), チーム長 堂谷忠靖 (ISAS), プロジェクトサイエンティスト 小松英一郎 (MPA)�
–  ISAS、Kavli IPMU、KEKにおいて実行体制を増強中�• 学術会議�
–  日本学術会議の指定する重点大型研究計画の一つ（マスタープラン2017）�
–  文科省の指定する大型研究計画（7計画）の一つ（ロードマップ20１7）�
–  宇宙電波懇談会 (2013) 高エネルギー物理学研究者会議の将来計画検討小委員会答申(2012,2017)�
• 国際協力米国�
–  米国LiteBIRDチームが焦点面検出器を供給することをNASAに提案�
–  概念検討 Concept Study Report (CSR)を終えて、2017年12月よりNASA Technology Developmentが始まる。�
• 国際協力ヨーロッパ�
–  2017年ヨーロッパコンソーシアムが結成。High Frequency Telescopeとsub-Kelvin coolerを検討�
–  2017年11月ESA Science Program Committee (SPC)にて、MOの事前検討の承認�
–  4つのJoint Study Group (Foreground, Systematics, High Frequency Telescope, Calibration)が結成されて、国際的に検討�4�
This document is provided by J AXA.
国際的な競合�
LiteBIRD�CORE�PIXIE�
主体�JAXA�ESA%M5%(AO2016)�NASA%MIDEX%(AO2017)%
特徴�大角度Bモード偏光�CMB全般�フーリエ分光計によるCMBスペクトル測定�
ビームサイズ�0.3-1度�0.1%-%0.2度�2度�
打ち上げ予定年�2026�2029�2023�
LiteBIRDは世界で唯一の原始重力波の検出を2020年代に行う可能性のある衛星計画�世界に先駆けて打ち上げるまたとない機会である。��
This document is provided by J AXA.
Yuji Chinone 
地上望遠鏡 (Stage 4) 
LiteBIRD衛星の感度�
ミッション要求： σ(r) < 1 x 10-3  (for r=0) 2 ≤    ≤ 200 `
原始重力波起源�
`θ%≃%180/�
LiteBIRD 
10°�1°�
This document is provided by J AXA.
https://sites.google.com/berkeley.edu/bmodefromspace02/home�
JAXA主導 LiteBIRD�
B-MODE%FROM%SPACE%WORKSHOP%SECOND%MEETING%AT%THE%UNIVERSITY%OF%CALIFORNIA,%BERKELEY%2017%DECEMBER%4TH%–%6TH%%%�
This document is provided by J AXA.
ミッション要求�
•  大角度相関観測 
•  角度分解能 •  スキャン方式 •  前景放射を同時観測 
• 広帯域多周波観測 •  高感度•高精度観測 
•  ミリ波広視野観測 •  観測検出器感度 •  系統誤差の低減 
210255010025050010001500
90°10°2°1°0.2°
l(l+1)CBBl/(2π) [µK2]
multipole, l
Power Law
Chaotic (p=1)
SSB (Ne=47-62)
Chaotic (p=0.1)
LiteBIRD
r=0.001
r=0.01
弱重力レンズ効果%B-mode%
LiteBIRD.sensitivity.
角度分解能.
高感度観測.
原始重力波Bモード%
M.%Hazumi%et%al.%2012%衛星のメリット�•  ⼤気揺らぎによる影響がなくなる�•  広帯域観測が可能となる�
角度スケール�
%δr%=%1.0E-3�
This document is provided by J AXA.
LiteBIRD主な仕様�
低周波望遠鏡 (LFT) 34 ~ 270 GHz (バンド数 12)
高周波望遠鏡 (HFT) 238 ~ 448 GHz (バンド数 3)
感度 3 μK·arcmin 以下
全誤差δr < 1 × 10^(-3)
観測期間3年間
軌道L2リサジュ軌道、歳差角 45度、スピン角 50度 (0.1 rpm)
角度分解能 100 GHz の半値全幅で 30 分角以下
視野LFT (> 20度×10度), HFT (> 10度×10度)
低温開口絞り 温度 < 2 K
回転半波長板回転速度 LFT 88 rpm, 温度 < 10 K
 NETParray = 1.7 μK√s@ 100 mK
素子数 ~ 3000
f_{knee} 20 mHz 以下
データ転送レート   4 GByte/day
重量2.2 ton
電力2.5 kW
超伝導焦点面検出器
This document is provided by J AXA.
Phase%A1における課題�
1.  前景放射の除去%2.  系統誤差の低減%3.  回転半波長板の開発%4.  冷却系熱設計%5.  物理光学の検討%6.  検証方法の検討%7.  国際協力の確立�
This document is provided by J AXA.
1. 前景放射 : Thermal dust & Synchrotron 
2. 34 – 448 GHzの多数バンドでの観測 
Poster-107%金井(横国大）、市來%(名古屋大)、片山(IPMU)他%LiteBIRDのための前景放射除去アルゴリズムの検証��
2014年3月%Bicep2%が150GHzにてr=0.2の報告 Phys.%Rev.%Lett.%112(24),%241101%%“Detection%of%B-Mode%Polarization%at%Degree%Angular%Scales%by%BICEP2”%これによりダストの観測の重要性が明らかになった。�
ESA%:%Planck�
小松英一郎(MPA)%片山伸彦%(IPMU)�
https://sites.google.com/berkeley.edu/bmodefromspace02/home�
観測周波数（GHz）�
感度（NET）、対数�
シンクロトロン放射�
This document is provided by J AXA.
LiteBIRD系統誤差の低減%テンソルスカラー比 dr%= 1e-3�
•  偏波特性•ビーム特性%
–  冷却望遠鏡%–  HWP%&%焦点面検出器%–  上空較正%–  地上較正試験%–  温度安定性%
•  1/f%ノイズ%
–  偏光変調%
•  宇宙線%•  スキャン戦略%
–  re-visit%–  cross%link%
石野宏和 (岡山大)%永田竜%(KEK)%Poster%-105%�
This document is provided by J AXA.
概形図 （透視図）
LiteBIRD%Product%Tree�
LiteBIRD�
Service%Module%(SVM)�
Payload%Module%(PLM)�
Data%Acquisition�Cryo%system�
Active%Cooling%Chain�
SubK%cooler�
Passive%Cooling%Chain�
Low%Frequency%Telescope�
LF%focal%plane�
High%Frequency%Telescope�
HF%focal%plane�
ESA�NASA�
Canada%Space%Agency�
This document is provided by J AXA.
偏光変調器�
Poster%106 桜井雄基 (IPMU) 他%
�������
������������������������������������������������������������������������
This document is provided by J AXA.
5K30K100K
冷却系熱設計�
長谷部孝%(ISAS/JAXA)%Poster%P-108�
Cooling%Chain%Core%Technology%Program%(CC-CTP)%%山崎典子他�
V-groove 設計�
4.5K JT
4.5K JT
1.5K JT
1.5K JT
Radiator
100K shield
30K shield
200K shieldPassive cooling
Passive cooling
This document is provided by J AXA.
低周波望遠鏡 (LFT)物理光学計算�
34%GHz�
43%GHz�
今田大皓%Poster%:%P-108�
迷光やfar%side%lobeを含むビームパターン�
This document is provided by J AXA.
HFT components
HF focal planeicld. cold readout
HFT AIVHFT calibration
LFT components
LF focal planeincld. cold readout
LFT AIV
LFT calibration
Active cooling chainand truss/structure
PLM AIV
System AIV
ESANASAJAXA
warm readout
Sub-K cooler
warm readout
Sub-K GSE
Cryo GSE
Passive cooling chain
Integration%Scheme�
Provisional�
Dedicated%chamber�
JAXA%13m%chamber�
(JAXA%8m%chamber)�
This document is provided by J AXA.
LFT%calibration�
•  Scope%
–  Beam%measurements%–  Polarization%angle%measurements%–  Spectral%responses%%•  Configuration%
–  LFT%–  5K%enclosure%–  GSE%sub-K%cooler%•  Test%Environment%
–  Dedicated%chamber%(T%~%5K)%–  dia.%4m%x%h%5m%–  77%K%Liquid%N2+%4K%GM%cooler%%
This document is provided by J AXA.
Phase%A1における課題�
1.%前景放射の除去%✔︎�Poster107 金井•片山�
2.%系統誤差の低減%�進行中�Poster105%%石野�
3. 回転半波長板の開発%進行中�Poster106%桜井•松村�
4.%冷却系熱設計%✔︎�Poster108%今田•長谷部�
5.%物理光学の検討%進行中�Poster108%今田•長谷部�
6.%検証方法の検討%進行中�コストを含めて検討中�
7.%国際協力の確立�✔︎�Poster104%羽澄�
This document is provided by J AXA.
•  LiteBIRDは原始重力波からのCMB Bモード偏光を大角度スケールで精密観測し、インフレーション物理を探求 
•  JAXA主導でNASA, ESAが参加 
• NASA、ESAを含めて、唯一の衛星ミッションの候補 
•  δr < 0.001達成のため、 
• 前景放射分離（観測バンド、検出器感度） 
• 系統誤差低減（ビーム性能、偏光変調機構、スキャン姿勢 etc) 
• 較正精度向上 (上空、地上) 
 を最適化した観測システムを構築 
•  2020年代戦略的中型2号機を目指して概念検討 
This document is provided by J AXA.