ウルトラサット

紫外線天文衛星

ULTRASATのモデル
名前	ウルトラサット
ミッションタイプ	宇宙望遠鏡
オペレーター	イスラエル宇宙庁、ワイツマン科学研究所
Webサイト	詳しくはこちら
宇宙船の特性
メーカー	イスラエル航空宇宙産業とエルビットシステムズ

ULTRASAT（ウルトラサット）は、小型衛星形式の宇宙望遠鏡で、近紫外線（220～280 nm）のスペクトル領域における一時的な天文現象を検出および監視します。ULTRASATは、 210平方度の視野で空の広い部分を観測し、6か月ごとに南半球と北半球を交互に観測します。この衛星は、2026年初頭に静止軌道に打ち上げられる予定です。[ 1 ] ^{[ 2]}すべてのULTRASATデータは、リアルタイムで地上に送信されます。一時的なイベントを検出すると、ULTRASATは20分以内に他の地上ベースの望遠鏡と宇宙望遠鏡に警告を出し、他の波長帯でイベントをさらに観測するために発生源に向けられます。

ULTRASAT の主な目的は、高温の過渡宇宙を研究することです。過渡源の発見のために ULTRASAT がアクセスできる銀河系外の体積は、現在最も感度の高い紫外線衛星であるGALEXの 300 倍の大きさになります。これは、2025 年に運用開始が予定されている最大の地上設置型光学過渡調査望遠鏡であるVera C. Rubin Observatoryの体積に匹敵します。

ULTRASAT宇宙船はイスラエル航空宇宙産業（IAI）によって建造され、望遠鏡はエルビットシステムズのEl-Op部門によって建造される。ULTRASATはイスラエル宇宙庁^[3]とワイツマン科学研究所（WIS）が共同で資金提供し、管理しており、WISの科学的リーダーシップの下、ヘルムホルツ協会のDESYセンターの多大な貢献を受けている。ULTRASATは静止軌道で3年間運用される予定である。その質量と体積は160kgと1m3未満と小さいため、二次ペイロードとして静止軌道に打ち上げることができる。

ULTRASATイニシアチブは、SMEXに適した小型衛星で一時的な天文現象を研究するための広視野宇宙望遠鏡の必要性に応えるため、ワイツマン研究所（WIS）とカリフォルニア工科大学の科学者とイスラエル宇宙機関（ISA）との議論の中で2010年に誕生しました。予備調査段階では、X線を含むさまざまな他の帯域が検討されました。技術が成熟していること、実装が成功する可能性が高く、この波長領域を継続的に調査する必要があることから、紫外線が選択されました。^[4]このプロジェクトの重要性は、^[5]で確認されています。[5 ]では、広い視野（数度2）を持つ宇宙ベースのUVミッションの打ち上げにより、UV変動源とUV過渡現象の発見率が数桁増加する可能性があると述べており、^[6]では、「提案されているULTRASATミッションでは、紫外線で年間数百件の潮汐破壊イベントを発見できる可能性がある」と述べています。

当初LIMSATと呼ばれていたこのプロジェクトは、 NASAのエイムズ研究センターと共同で、エクスプローラー計画2012ミッション・オブ・オポチュニティ部門の提案がNASAに提出された2011年にULTRASATに改名されました。強制削減とNASAの予算削減により、その年は提案は選ばれませんでした。望遠鏡の構成、計画軌道、衛星バスに大幅な変更があった後、2014年12月にJPLと共同で新しい提案が提出され、高い科学的および技術的メリットを意味する「カテゴリーII」の評価を獲得しましたが、資金提供対象には選ばれませんでした。上記のように、現在のプロジェクトにはNASAは関与しません。低地球軌道の衛星に8つの小型屈折UV望遠鏡を搭載するというコンセプトから、ULTRASATは静止軌道上の 単一の広視野シュミット望遠鏡へと進化しました。

時間領域天文学は、珍しい発見をする可能性があります。特に、紫外線 (UV) 変動空は、刺激的な科学的展望があるにもかかわらず、比較的十分に調査されていません。ウェルシュ (2005) は、GALEX による発見について説明していますが、ULTRASAT によってその発見は大幅に増加するでしょう。 ^[7] 短い間隔の UV 観測が大きな違いを生む可能性がある分野の 1 つは、超新星( SNe) と呼ばれる、星の死を示す爆発です。ガノットらは、 ULTRASAT が年間 100 を超える超新星を検出すると推定しました。^[8] SNe からの UV 信号は光信号に先行するため、光曲線が後のプロセスによって汚染されていない早い段階で SN を発見できます。

突発現象には通常、早期警告はなく、天空におけるその現象の位置は統計的な性質のものであるため、突発現象のほとんどは、視野が限られた地上望遠鏡によって、現象開始からかなり経ってから発見されることが多いが、専用の調査により、この期間は 1 日程度に短縮されている。多数の突発現象を検出するには、空の広い範囲をほぼ継続的に観測する必要がある。

監視対象の宇宙空間の容積と測定されたSNe発生率（地上調査による）に基づくと、爆発後1日以内にULTRASATによって少なくとも年間100件のそのようなイベントが検出されると予想されます。広い視野と高度なUV検出器により、現在最も強力なUV衛星であるGALEX ^[9]の300倍の宇宙容積内で一時的な発生源を発見し、監視することができます。初期の光曲線を分析すると、他の方法では見つけることができない、爆発前の祖先星に関する貴重な情報（恒星の半径と表面の化学組成）が得られます。

超新星では、最初に紫外線の高強度バーストが発生し、その後、放出された物質が冷却されるにつれて、より長い波長の放射が発生します。紫外線はオゾンの遮断効果のため、宇宙衛星からのみ観測でき、地上の望遠鏡では現象の後の段階しか観測できません。

ULTRASAT は、高感度の UV カメラでこれまでにない広い視野をカバーし、繰り返し撮影時間が 5 分と短いように設計されています。検出されるイベントの数を最大化するために、ULTRASAT は、これらのイベントが発生する遠方の銀河からの光の多くを遮る「近くの」星、拡散した背景、および銀河の塵が密集している天の川を避け、高天緯度の領域をターゲットにします。

紫外線トランジェント探査機によって誘発される宇宙紫外線と地上の光学観測を組み合わせると、恒星の半径（したがって、祖先の恒星クラスである赤色超巨星または青色超巨星、またはWR星）を超​​えた大質量恒星の爆発に関する豊富なデータが得られるでしょう。

ULTRASATは、初期の超新星の検出に加えて、視野内の多数の恒星からの紫外線を高い時間分解能で測定し、惑星の通過の検出を可能にする可能性があります。^{[10] [11]}

ULTRASAT は、他の機器が興味深いイベントのアラートを発したときに、「機会ターゲット」に向けることもできます。ULTRASAT の主要な科学的目標の 1 つは、キロノバと呼ばれる中性子星を含む連星の合体からの重力波(GW) の検出に続く電磁放射の発見です。^[12]このような検出は、これらのイベントを使用して、最も重い元素の起源や宇宙の膨張率など、基本的な物理学の問題に対処するための鍵となります。ULTRASAT は数分で空の 50% 以上を移動でき、その広い視野は、2020 年代に GW 検出器によって提供されると予想される角度誤差領域を十分にカバーします。連続的な紫外線曲線と早期アラートを提供し、後で発生すると予測される光と赤外線の放射を地上で追跡分光法と監視できるようにします。

一時的な UV 信号を生成するその他の天体物理学的発生源は次のとおりです。

• ガンマ線バースト残光（GRB）。広視野紫外線探査機は、待ち望まれていた「孤児」残光を発見できるかもしれない。
• 潮汐破壊イベントからの信号は紫外線でピークに達すると予想される。
• 銀河中心の巨大ブラックホールの質量と環境
• 活動銀河核
• 変光星とフレア星

• Sagiv 他、2015 年 10 月、「ULTRASAT – 紫外線過渡天文衛星」IAC 2015、セッション B4.2.2
• Sagiv et al.、2014年4月、「広視野UVトランジェント探査機による科学」、天文学ジャーナル、第147巻、79ページ
• Soumagnac 他、2015 年 10 月、「紫外線天文衛星 (ULTRASAT) による食連星の調査」、IAC 2015、セッション A7.2.1
• Mahabal 他、2008 年 3 月、「過渡現象と変数の自動確率分類」、Astronomische Nachrichten、第 329 巻、第 3 号
• ワイツマン科学研究所のウェブサイトにあるULTRASAT