高感度2ミリ帯分光観測による隠された爆発的星生成と巨大ブラックホールの研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H02073
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 川邊 良平 国立天文台, 電波研究部, 教授 (10195141)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田村 陽一 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10608764) ; 酒井 剛 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (20469604)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 電波天文学 / ミリ波 / 超伝導受信機 / 爆発的星形成 / 巨大ブラックホール

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、以下の3つを実行した。
1) メキシコの標高4600メートルに設置されたLMT50m鏡用の2ミリ帯受信機の開発を進めた。ALMAで日本が担当したバンド4受信機をベースに、受信機開発を行った。すなわち、導波管型偏波分離器(OMT)を使って直行する2つの偏波成分を同時に受信し、さらに導波管サイドバンド分離ミキサーユニットにより、調整箇所・可動箇所のないサイドバンド分離受信を実現する設計とした。また、局所発振信号（LO信号）は、シンセサイザーにより発生したマイクロ波信号を、多段逓倍器により波長2ミリ帯まで変換した上で、導波管によりミキサーまで導くシステムとした。受信機と望遠鏡とをつなぐ光学系の基礎検討も進めた。微弱で線幅の広い輝線を検出するため、周波数変調LOシステムを使った新しい分光観測手法についても、開発、装置の整備を進めた。
(2) 分光システムの基本設計製作を進めた。初期宇宙にあるサブミリ波銀河からの微弱な分子輝線を検出するためには、広帯域分光性能が必要である。独国のRadiometer Physics GMBH(RPG)社が製造するXFFTSボードを利用してシステムを構築することとし、XFFTSボード等を導入した。また、分光計への信号入力用の周波数コンバーターの設計製作も実施した。
(3)LMT搭載の2mm受信機での観測のため、明るく初期宇宙にあるサブミリ波銀河サンプルの構築を開始した。これまでの研究で進めてきたAzTECカメラによるサブミリ波銀河のサンプルに加え、JCMT/SCUBA2による広域観測も計画し実行し、サンプルを拡大した。一方、Herschel衛星のアーカイブデータも利用して、複数のミリ波サブミリ波バンド間での比を調べる手法により、赤方偏移が4を超えると期待される銀河、すなわち、2ミリ帯受信機で分光観測を行うべき銀河の候補を厳選する作業も開始できた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

(1) 2ミリ帯受信機の開発、設計製作をほぼ計画通り実施することができた。局所発振信号（LO信号）は、シンセサイザにより発生したマイクロ波信号を、多段逓倍器により波長2ミリ帯まで変換した上で、導波管によりミキサーまで導くシステムを採用するなど、標高4600mでの受信機のリモート運用を簡易にする調整箇所・可動箇所のない設計を実現できた。一方、受信機雑音性能、再度バンド分離性能、偏波分離性能等についても、当初目標を実現できる見通しがたった。周波数変調LO(FMLO)システムを使った新しい分光観測手法の検討、基礎実験も順調に進み、システムの設計や、実験に必要な装置の導入を進めることができた。
(2) 広帯域の分光システムの設計、製作も順調に進めることができた。RPG社が製造するXFFTSボードを組み合わせたシステム構成とし、それに合わせた周波数コンバーターの設計製作も計画通り進めることができた。
(3)AzTEC/ASTE 1.1mm データに加えHerschel衛星のアーカイブデータも利用して、より遠方のサブミリ波銀河を選択的に選び出す手法を確立し、十分な数の明るいサンプル構築を進めることができた。また、JCMT/SCUBA2等による広域観測も観測時間を確保し実施し、サンプルを拡大することも同時に行うことができた。これらから、2ミリ帯受信機で分光観測を行うべき銀河の候補を厳選する予定である。
4) 受信機と望遠鏡を結ぶインターフェース部である光学系の設計も行ったが、本年度の終了近くになって、より高効率の理想的な光学系の解があることが判明し、次年度早々に詳細設計を行うこととしたが、設計を終えることができた。これによって、計画全体の進捗には大きく影響がなかった。

Strategy for Future Research Activity

1) 受信機システム全体を組み上げて、実験室での受信機性能の評価を行う。
2) 分光系システムを完成させ、データ取得の試験や、データの解析試験を行う。
3) 受信機と、分光系の制御システムを構築し、LMTアンテナ搭載時のアンテナ側との機械的、電気的なインターフェースのプランを構築する。FMLOに関しては、2mm受信機への搭載プランを固める。
4) メキシコや米国のLMT関係者と相談して、メキシコへの装置の輸送、LMTへの搬入・搭載、LMTに搭載後の技術試験、試験観測、本観測のプランを立案する。そのため、現地を訪問し、望遠鏡の現状や受信機室の空きスペースを確認する。
5) より遠方で明るいサブミリ波銀河サンプルの拡大、厳選を進め、試験観測や本観測の素案を検討し、LMT関係者と具体的な観測プランについて協議を始める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] INAOE(メキシコ)
  • Country Name: MEXICO
  • Counterpart Institution: INAOE
• [Int'l Joint Research] マサチューセッツ大学(UMass)/ハーバード大学/NRAO(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: マサチューセッツ大学(UMass)/ハーバード大学/NRAO
• [Journal Article] ALMA Deep Field in SSA22: A Concentration of Dusty Starbursts in a z = 3.09 Protocluster Core (2015)
  • Author(s): Umehata, H.; Tamura, Y.; Kohno, K.; Ivison, R. J.; Alexander, D. M.; Geach, J. E.; Hatsukade, B.; Hughes, D. H.; Ikarashi, S.; Kato, Y.; Izumi, T.; Kawabe, R.; Kubo, M.; Lee, M.; Lehmer, B.; Makiya, R.; Matsuda, Y.; Nakanishi, K.; Saito, T.; Smail, I.; Yamada, T.; Yamaguchi, Y.; Yun, M.
  • Journal Title: ApJ Letter Volume: 815 Pages: L8-L13
  • DOI: 10.1088/2041-8205/815/1/L8
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-resolution ALMA observations of SDP.81. II. Molecular clump properties of a lensed submillimeter galaxy at z = 3.042 (2015)
  • Author(s): Hatsukade, Bunyo; Tamura, Yoichi; Iono, Daisuke; Matsuda, Yuichi; Hayashi, Masao; Oguri, Masamune
  • Journal Title: PASJ Volume: 67 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1093/pasj/psv061
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SXDF-ALMA 1.5 arcmin2 Deep Survey: A Compact Dusty Star-forming Galaxy at z = 2.5 (2015)
  • Author(s): Tadaki, Ken-ichi; Kohno, Kotaro; Kodama, Tadayuki; Ikarashi, Soh; Aretxaga, Itziar; Berta, Stefano; Caputi, Karina I.; Dunlop, James S.; Hatsukade, Bunyo; Hayashi, Masao; Hughes, David H.; Ivison, Rob; Izumi, Takuma; Koyama, Yusei; Lutz, Dieter; Makiya, Ryu; Matsuda, Yuichi et al.
  • Journal Title: ApJ Letter Volume: 811 Pages: L3-L8
  • DOI: 10.1088/2041-8205/811/1/L3
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Compact Starbursts in z ~ 3-6 Submillimeter Galaxies Revealed by ALMA (2015)
  • Author(s): Ikarashi, Soh; Ivison, R. J.; Caputi, Karina I.; Aretxaga, Itziar; Dunlop, James S.; Hatsukade, Bunyo; Hughes, David H.; Iono, Daisuke; Izumi, Takuma; Kawabe, Ryohei et al
  • Journal Title: ApJ Volume: 810 Pages: 133-144
  • DOI: 10.1088/0004-637X/810/2/133
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Extremely Bright Submillimeter Galaxies beyond the Lupus-I Star-forming Region (2015)
  • Author(s): Tamura, Y.; Kawabe, R.; Shimajiri, Y.; Tsukagoshi, T.; Nakajima, Y.; Oasa, Y.; Wilner, D. J.; Chandler, C. J.; Saigo, K.; Tomida, K. et al.
  • Journal Title: ApJ Volume: 808 Pages: 121-134
  • DOI: 10.1088/0004-637X/808/2/121
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ALMA Multi-line Observations of the IR-bright Merger VV 114 (2015)
  • Author(s): Saito, Toshiki; Iono, Daisuke; Yun, Min S.; Ueda, Junko; Nakanishi, Kouichiro; Sugai, Hajime; Espada, Daniel; Imanishi, Masatoshi; Motohara, Kentaro; Hagiwara, Yosiaki; Tateuchi, Ken; Lee, Minju; Kawabe, Ryohei
  • Journal Title: ApJ Volume: 803 Pages: 60-93
  • DOI: 10.1088/0004-637X/803/2/60
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] LMT50m鏡用2mm受信機システムと爆発的星形成、巨大ブックホールの研究 (2015)
  • Author(s): 川邊良平、酒井剛、田村陽一、河野孝太郎、徂徠和夫、松原英雄、奥村幸子、大西利和、大島泰、野口卓、高橋敏一
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 甲南大学(岡本キャンパス)(兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2015-09-09 – 2015-09-11