Measurement of gas-to-dust ratio in 3D with GAIA and its relation to the star and cluster formation

• Project Area: A Paradigm Shift by a New Integrated Theory of Star Formation: Exploring the Expanding Frontier of Habitable Planetary Systems in Our Galaxy
• Project/Area Number: 19H05070
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Gakugei University
• Principal Investigator: 土橋 一仁 東京学芸大学, 教育学部, 教授 (20237176)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: ガス・ダスト比 / 星間ダスト / ガイア / 銀河系の構造 / データベース天文学

Outline of Research at the Start

星形成史を反映する金属量と密接に関係するガス・ダスト比は、星間物質の性質を知るための重要な指標である。本研究の目的は、位置天文衛星ガイア（欧州）により得られた17億個もの恒星のデータを解析してダストによる減光量の３次元分布図を作成し、これをガス（原子ガス＋分子ガス）の３次元データと直接比較することにより、太陽系近傍のガス・ダスト比を３次元で測定することである。さらに、星形成領域毎のガス・ダスト比の特徴を調べ、ガス・ダスト比の星形成・星団形成との関連を調査する。

Outline of Annual Research Achievements

解析の精度を高めるための改良が必要であることが分かったので、年度の前半はその改良に注力した。主な改良点は、複数の変数の誤差をどのように解析に取り入れるか、ということであった。具体的には、ダストの性質（半径と組成）を決めるためには、分子雲内外でE(R-I)対E(B-V)等の色超過の比と、比が変化しているキンクの位置（折れ曲がり点）を測定しなければならないが、y軸のE(R-I)のデータにもx軸のE(B-V)のデータにも誤差があり、両方の誤差を同時に考慮してフィットしなければならない。しかし、単純な線形フィット以外の場合、x・y両方のデータの誤差を同時に考慮してフィットに反映することは、一般論として困難である。この問題を解決するためのプログラム開発を行い、研究に必要な関数（２直線＋キンク）についての２変数の誤差を取り入れたフィット法を開発した。また、それを利用して、おうし座分子雲とオリオン座分子雲を再解析した。年度の後半は、Gaiaや2MASSなどの収集したデータベースを利用して、星間物質の広域分布の調査を行った。まず、Gaiaと2MASSのデータを解析して個々の星までの距離と減光量や色超過を推定し、太陽系周辺でのダストの大まかな分布を描き出した。その結果、ローカルアームを含む幾つかの渦状腕らしき構造が検出できた。さらに、参考のため、コロンビアサーベイとLABサーベイによる星間ガスの分布も調査し、その分布を描き出した。これらの星間物質の広域分布は、ノイズレベルの問題から現時点では100pcの空間分解能で描かれているが、これを個々の分子雲が分解できる程度（10pc-20pc程度）の分解能で描き出したい。研究時間の制限や解析サーバーの故障等により、令和４年３月末までの研究期間中には個々の分子雲の解析まで達成することは出来なかったが、引き続きそのための解析作業に取り組んでいる。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Cluster Formation in GGD 12-15: Infall Motion with Rotation of the Natal Clump (2022)
  • Author(s): Tomomi Shimoikura, Kazuhito Dobashi, Naomi Hirano, Fumitaka Nakamura, Tomoya Hirota, Tomiaki Matsumoto, Kotomi Taniguchi, and Yoshito Shimajiri
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 928 Issue: 1 Pages: 76-76
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac5327
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cloud structures in M 17 SWex : Possible cloud-cloud collision (2021)
  • Author(s): Shinichi W. Kinoshita, Fumitaka Nakamura, Quang Nguyen-Luong, Benjamin Wu, Tomomi Shimoikura, Koji Sugitani, Kazuhito Dobashi, Hideaki Takemura, Patricio Sanhueza, Kee-Tae Kim, Hyunwoo Kang, Neal J Evans, Glenn J White, and Cassandra Fallscheer
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 73 Issue: Supplement_1 Pages: S300-S320
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa053
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Carbon Chain Chemistry in Hot-core Regions around Three Massive Young Stellar Objects Associated with 6.7 GHz Methanol Masers (2021)
  • Author(s): Taniguchi Kotomi、Herbst Eric、Majumdar Liton、Caselli Paola、Tan Jonathan C.、Li Zhi-Yun、Shimoikura Tomomi、Dobashi Kazuhito、Nakamura Fumitaka、Saito Masao
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 908 Issue: 1 Pages: 100-100
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abd6c9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Core Mass Function in the Orion Nebula Cluster Region: What Determines the Final Stellar Masses? (2021)
  • Author(s): Takemura, H., Nakamura, F., Kong, S., Arce, H. G., Carpenter, J. M., Ossenkopf-Okada, V., Klessen, R., Sanhueza, P., Shimajiri, Y., Tsukagoshi, T., Kawabe, R., Ishii, S., Dobashi, K., Shimoikura, T., Goldsmith, P. F., Sanchez-Monge, A., Kauffmann, J., Pillai, T. G. S., Padoan, P., Ginsberg, A., 他11名
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 910 Issue: 1 Pages: L6-L6
  • DOI: 10.3847/2041-8213/abe7dd
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Optical Properties of Interstellar Dust around the Orion A Molecular Cloud (2021)
  • Author(s): Hayato Uehara, Kazuhito Dobashi, Shingo Nishiura, Tomomi Shimoikura, and Takahiro Naoi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 915 Issue: 6 Pages: 1540-1555
  • DOI: 10.1093/pasj/psab092
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Large-scale Molecular Gas Distribution in the M17 Cloud Complex: Dense Gas Conditions of Massive Star Formation? (2020)
  • Author(s): Quang Nguyen-Luong, Fumitaka Nakamura, Koji Sugitani, Tomomi Shimoikura, Kazuhito Dobashi, Shinichi W. Kinoshita, Kee-Tae Kim, Hynwoo Kang, Patricio Sanhueza, Neal J. Evans II and Glenn J. White
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 891 Issue: 1 Pages: 66-80
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab700a
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Investigation of Chemical Differentiation among the NGC 2264 Cluster-Forming Clumps (2020)
  • Author(s): Kotomi Taniguchi, Adele Plunkett, Eric Herbst, Kazuhito Dobashi, Tomomi Shimoikura, Fumitaka Nakamura, and Masao Saito
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 493 Issue: 2 Pages: 2395-2409
  • DOI: 10.1093/mnras/staa012
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Detailed Analysis of the Cloud Structure and Dynamics in Aquila Rift (2020)
  • Author(s): Tomomi Shimoikura, Kazuhito Dobashi, Yoshiko Hatano, and Fumitaka Nakamura
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 895 Issue: 2 Pages: 137-137
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab8c4f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Star formation rates in the L 1482 filament of the California molecular cloud (2020)
  • Author(s): Toshihiro Omodaka, Takumi Nagayama, Kazuhito Dobashi, James O Chibueze, Akifumi Yamabi, Yoshito Shimajiri, Shinnosuke Inoue, Shota Hamada, Kazuyoshi Sunada, and Yuji Ueno
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 72 Issue: 4
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa048
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Interaction between the Northern Coalsack in the Cygnus OB 7 cloud complex and multiple supernova remnants including HB 21 (2019)
  • Author(s): Kazuhito Dobashi, Tomomi Shimoikura, Nobuhiro Endo, Chisato Takagi, Fumitaka Nakamura, Yoshito Shimajiri, and Jean-Philippe Bernard
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71 Issue: Supplement_1
  • DOI: 10.1093/pasj/psy122
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nobeyama 45 m mapping observations toward Orion A. III. Multi-line observations toward an outflow-shocked region, Orion Molecular Cloud 2 FIR 4 (2019)
  • Author(s): Nakamura, F., Oyamada, S., Okumura, S., Ishii, S., Shimajiri, Y., Tanabe, Y., Tsukagoshi, T., Kawabe, R., Momose, M., Urasawa, Y., Nishi, R., Lin, S.-J., Lai, S.-P., Dobashi, K., Shimoikura, T., & Sugitani, K.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71 Issue: Supplement_1
  • DOI: 10.1093/pasj/psz001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nobeyama 45 m mapping observations toward Orion A. II. Classification of cloud structures and variation of the 13CO/C18O abundance ratio due to far-UV radiation (2019)
  • Author(s): Ishii, S., Nakamura, F., Shimajiri, Y., Kawabe, R., Tsukagoshi, T., Dobashi, K., & Shimoikura, T.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71 Issue: Supplement_1
  • DOI: 10.1093/pasj/psz065
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Near-infrared imaging polarimetry toward M-17 SWex (2019)
  • Author(s): Sugitani Koji、Nakamura Fumitaka、Shimoikura Tomomi、Dobashi Kazuhito、Nguyen-Luong Quang、Kusune Takayoshi、Nagayama Takahiro、Watanabe Makoto、Nishiyama Shogo、Tamura Motohide
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71 Issue: Supplement_1
  • DOI: 10.1093/pasj/psz072
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A survey of molecular cores in M 17 SWex (2019)
  • Author(s): Shimoikura Tomomi, Dobashi Kazuhito, Hirose Asha, Nakamura Fumitaka, Shimajiri Yoshito, and Sugitani Koji
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71 Issue: Supplement_1 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1093/pasj/psz061
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic field structure in Serpens South (2019)
  • Author(s): Kusune Takayoshi、Nakamura Fumitaka、Sugitani Koji、Sato Shuji、Tamura Motohide、Kwon Jungmi、Dobashi Kazuhito、Shimoikura Tomomi、Wu Benjamin
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71 Issue: Supplement_1
  • DOI: 10.1093/pasj/psz040
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cluster formation in the W 40 and Serpens South complex triggered by the expanding H II region (2019)
  • Author(s): Tomomi Shimoikura, Kazuhito Dobashi, Fumitaka Nakamura, Yoshito Shimajiri, and Koji Sugitani
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71 Issue: Supplement_1 Pages: 1-20
  • DOI: 10.1093/pasj/psy115
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nobeyama 45 m mapping observations toward the nearby molecular clouds Orion A, Aquila Rift, and M17: Project overview (2019)
  • Author(s): Nakamura, F., Ishii, S., Dobashi, K., Shimoikura, T., Shimajiri, Y., Kawabe, R., Tanabe, Y., Hirose, A., Oyamada, S., Urasawa, Y., Takemura, H., Tsukagoshi, T., Momose, M., Sugitani, K., Nishi, R., Okumura, S., Sanhueza, P., Nguyen-Luong, Q., & Kusune, T.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71 Issue: Supplement_1 Pages: 1-28
  • DOI: 10.1093/pasj/psz057
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] First clear detection of the CCS Zeeman splitting toward the pre-stellar core, Taurus Molecular Cloud 1 (2019)
  • Author(s): Nakamura, Fumitaka, Kameno Seiji, Kusune Takayoshi, Mizuno, Izumi, Dobashi, Kazuhito, Shimoikura Tomomi, and Taniguchi, Kotomi
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71 Issue: 6
  • DOI: 10.1093/pasj/psz102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovery of CCS Velocity-coherent Substructures in the Taurus Molecular Cloud 1 (2019)
  • Author(s): Kazuhito Dobashi, Tomomi Shimoikura, Tetsu Ochiai, Fumitaka Nakamura, Seiji Kameno, Izumi Mizuno, and Kotomi Taniguchi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 879 Issue: 2 Pages: 88-88
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab25f0
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 東京学芸大学の新40cm鏡を活用した教育研究活動 (2022)
  • Author(s): 土橋一仁、富田飛翔、芹澤来渡、松井ひなた、荒川琉嘉、鈴木海哉、佐藤悠、西浦慎悟
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] 東京学芸大学の新40cm鏡と制御システムの開発４ (2022)
  • Author(s): 富田飛翔、土橋一仁、西浦慎悟、荒川琉嘉、鈴木海哉、芹澤来渡、松井ひなた、佐藤 悠
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] 野辺山45m鏡に搭載されたeQ受信機計画の概要と現状 (2022)
  • Author(s): 中村文隆、Chau-Ching Chiong、西村淳、Ross Burns、谷口琴美、川邊 良平、藤井泰範、山崎康正、小川英夫、米倉覚則、土橋一仁、下井倉ともみ
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] 野辺山45m eQ受信機の搭載及び光学系の評価 (2022)
  • Author(s): 山崎康正、中村文隆、Chau-Ching Chiong、西村淳、Ross Burns、谷口琴美、川邊良平、米山翔、川下紗奈、知念翼、小西亜侑、西本晋平、孫赫陽、小川英夫、大西利和、米倉覚則、土橋一仁、下井倉ともみ
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] 東京学芸大学の新40cm鏡と制御システムの開発1 (2021)
  • Author(s): 川﨑優太、土橋一仁、西浦慎悟、富田飛翔
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] 東京学芸大学の新40cm鏡と制御システムの開発2 (2021)
  • Author(s): 土橋一仁、西浦慎悟、富田飛翔、鈴木海哉、芹沢来渡、松井ひなた、佐藤悠、饗場智
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 東京学芸大学の新40cm鏡と制御システムの開発3 (2021)
  • Author(s): 富田飛翔、土橋一仁、西浦慎悟、鈴木海哉、芹沢来渡
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] W40とSerpens Southの星形成 (2020)
  • Author(s): 下井倉ともみ、土橋一仁、秦野義子、中村文隆
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] オリオン座A分子雲周辺に分布するダストの光学的特性 (2020)
  • Author(s): 上原隼、土橋一仁、西浦慎悟、下井倉ともみ、直井隆浩
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] 可視光減光量による銀河スケールの厚いダストディスクの発見 (2020)
  • Author(s): 土橋一仁、西浦慎悟、中西裕之、下井倉ともみ
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] Aquila Rift complexの分子雲構造 (2020)
  • Author(s): 下井倉ともみ、土橋一仁、秦野義子、中村文隆
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 可視光減光量による銀河スケールの厚いダストディスクの発見 (2020)
  • Author(s): 土橋一仁、西浦慎悟、中西裕之、下井倉ともみ
  • Organizer: 日本天文学会2020年春季年会
• [Presentation] オリオン座A分子雲周辺に分布するダストの光学的特性 (2020)
  • Author(s): 上原隼、土橋一仁、西浦慎悟、中西裕之、下井倉ともみ、直井隆浩
  • Organizer: 日本天文学会2020年春季年会
• [Presentation] W40とSerpens Southの星形成 (2020)
  • Author(s): 下井倉ともみ、土橋一仁、秦野義子、中村文隆
  • Organizer: 日本天文学会2020年春季年会
• [Presentation] 可視光色超過で探る分子雲表面でのダストの成長：おうし座分子雲の場合 (2019)
  • Author(s): 土橋一仁、吉田悠人、西浦慎悟、上原隼、直井隆浩、下井倉ともみ
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会
• [Presentation] 代表的光学システムの透過特性を考慮したMie散乱理論による減光量の計算 (2019)
  • Author(s): 直井隆浩、土橋一仁、吉田悠人、西浦慎悟、上原隼、下井倉ともみ
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会