Study of cosmic star formation history based on an unbiased survey of mm/submm-wave emission line galaxies

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H06130
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 河野 孝太郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (80321587)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川邊 良平 国立天文台, 科学研究部, 教授 (10195141) ; 田村 陽一 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (10608764) ; 成瀬 雅人 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (10638175) ; 上田 佳宏 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10290876)
• Project Period (FY): 2017-05-31 – 2022-03-31
• Keywords: ミリ波サブミリ波 / 宇宙星形成史 / 輝線銀河 / ダスト / 超伝導検出器

Outline of Annual Research Achievements

研究4年次となる令和2年度は、オンチップ型超広帯域超伝導分光器という新しいコンセプトの観測装置を本格的な科学運用に投入することを目指し開発を進めた。特に、220GHzから440GHzという完全1オクターブの分光を実現するDESHIMA 2.0の設計・開発を進め、実際に観測運用に投入できるグレードの超伝導分光チップの製作に着手することができた。また、この分光器をチリで運用しているASTE望遠鏡に搭載するため、常温光学系、特に光軸合わせのための調整機能付き支え機構や強度較正のためのデバイスの開発・調達を進めた。また、LMT望遠鏡に搭載する多画素化したDESHIMAのための大型真空・冷却システムと、大規模読み出し回路システム（前年度までに調達済み）の調整や試験測定を実施することができた。
アルマ望遠鏡を使った観測により、本課題の主題であるダストに隠された銀河の研究を進めた。ハッブル宇宙望遠鏡による高い感度での観測でも検出されていない、可視光・近赤外線域で見逃されていた大質量星生成銀河を、アルマ望遠鏡によるサブミリ波帯観測で検出し、その物理的な性質を明らかにした。また、アルマを使って重力レンズ銀河団33領域をくまなく観測する大型プログラム ALMA Lensing Cluster Survey（ALCS, PI: 河野）のデータ解析が進み、可視光・近赤外線観測では見落とされているがサブミリ波で明るい星形成銀河が、銀河団の重力レンズ効果により3重像として観測されている現場を発見した。VLT/MUSEでの観測とあわせ、この天体は赤方偏移4.3における銀河群の一部であることを明らかにした。こうした可視光・近赤外線では見逃されているがサブミリ波で検出される銀河種族は、高密度環境をトレースしていると考えられ、初期宇宙での構造形成を理解する上で重要な手がかりを与えると期待される。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

チップ上に集積した超伝導分光器という新しい概念を世界に先駆け実証した実績と経験を踏まえ、当初案（観測周波数範囲210GHz-360GHz）を超えて、完全１オクターブという超広帯域分光を実際に実現する仕様（観測周波数範囲220GHz-440GHz）のDESHIMA2.0の開発を進めており、ASTE望遠鏡へ搭載して、本格的な科学観測を進める準備がほぼ整いつつある。また、前年度までに導入した、多画素化したDESHIMAのための大型真空・冷却システム、そして8,000素子を超える超伝導素子の読み出しを可能とする大規模読み出し回路システムなどを組み合わせて使用したDESHIMAチップの実験室評価も進んでいる。またアルマ望遠鏡等を使った観測的研究も着実に成果を挙げている。

しかしながら、コロナ禍の影響により、オランダや日本で実施する実験室実験が大きな影響を受け、またチリおよびメキシコでの現地搭載作業や観測実施飲目処がたたない状況が続いており、当初予定からの遅れは顕在化していると言わざるを得ない状況である。

Strategy for Future Research Activity

観測周波数帯域220GHz-440GHz（完全１オクターブ）のDESHIMA2.0をASTE望遠鏡に搭載し、本格的な科学運用観測を実施する準備を進める。依然としてコロナ禍の影響はあるものの、再開しつつある実験室での開発評価、常温光学系の開発や評価を行う。また引き続きアルマ望遠鏡の大型プログラムALCS等で得た貴重なデータの解析と論文出版を進めていく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] デルフト工科大学/オランダ宇宙研究所（SRON）/フローニンゲン大学(オランダ)
  • Country Name: NETHERLANDS
  • Counterpart Institution: デルフト工科大学/オランダ宇宙研究所（SRON）/フローニンゲン大学
  • # of Other Institutions: 1
• [Int'l Joint Research] アリゾナ大学/宇宙望遠鏡科学研究所（STScI）(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: アリゾナ大学/宇宙望遠鏡科学研究所（STScI）
• [Int'l Joint Research] ダラム大学/エジンバラ大学/SKA機構(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: ダラム大学/エジンバラ大学/SKA機構
• [Int'l Joint Research] コペンハーゲン大学(デンマーク)
  • Country Name: DENMARK
  • Counterpart Institution: コペンハーゲン大学
• [Int'l Joint Research] チャルマース工科大学(スウェーデン)
  • Country Name: SWEDEN
  • Counterpart Institution: チャルマース工科大学
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 7
• [Journal Article] ALMA Lensing Cluster Survey: An ALMA Galaxy Signposting a MUSE Galaxy Group at z = 4.3 Behind "El Gordo" (2021)
  • Author(s): Caputi, K. I., Caminha, G. B., Fujimoto, S., Kohno, K., Sun, F., Egami, E., Deshmukh, S., et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 908 Pages: id. 146, 9 pp.
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abd4d0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deeply cooled core of the Phoenix galaxy cluster imaged by ALMA with the Sunyaev-Zel'dovich effect (2020)
  • Author(s): Kitayama, T., Ueda, S., Akahori, T., Komatsu, E., Kawabe, R., Kohno, K., et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 72 Pages: id. 33, 18 pp.
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Massive Molecular Torus inside a Gas-poor Circumnuclear Disk in the Radio Galaxy NGC 1052 Discovered with ALMA (2020)
  • Author(s): Kameno, S., Sawada-Satoh, S., Impellizzeri, C. M. V., Espada, D., Nakai, N., Sugai, H., Terashima, Y., Kohno, K., Lee, M., Martin, S.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 895 Pages: id. 73, 20 pp.
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab8bd6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Demonstration of wideband metal mesh filters for submillimeter astrophysics using flexible printed circuits (2020)
  • Author(s): Uno, S., Takekoshi, T., Oshima, T., Yoshioka, K., Wuy Chin, K., Kohno, K.
  • Journal Title: Applied Optics Volume: 59 Pages: p. 4143-4150
  • DOI: 10.1364/AO.389605
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ALMA Observations of Multiple CO and C Lines toward the Active Galactic Nucleus of NGC 7469: An X-Ray-dominated Region Caught in the Act (2020)
  • Author(s): Izumi, T., Nguyen, D. D., Imanishi, M., Kawamuro, T., Baba, S., Nakano, S., Kohno, K., et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 898 Pages: id. 75, 25 pp.
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab9cb1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ALMA Deep Field in SSA22. A near-infrared-dark submillimeter galaxy at z = 4.0 (2020)
  • Author(s): Umehata, H., Smail, I., Swinbank, A. M., Kohno, K., Tamura, Y., Wang, T., et al.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 640 Pages: id. L8, 7 pp.
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202038146
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Wide and Deep Exploration of Radio Galaxies with Subaru HSC (WERGS). III. Discovery of a z = 4.72 Radio Galaxy with the Lyman Break Technique (2020)
  • Author(s): Yamashita, T., Nagao, T., Ikeda, H., Toba, Y., Kajisawa, M., Kohno, K. (12th), et al.
  • Journal Title: The Astronomical Journal Volume: 160 Pages: id. 60, 10 pp.
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ab98fe
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Discovery of radio jets in the Phoenix galaxy cluster center (2020)
  • Author(s): Akahori, T., Kitayama, T., Ueda, S., Izumi, T., Lee, K., Kawabe, R., Kohno, K., Oguri, M., Takizawa, M.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 72 Pages: id. 62, 11 pp.
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa039
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ALMA twenty-six arcmin2 survey of GOODS-S at one millimeter (ASAGAO): Millimeter properties of stellar mass selected galaxies (2020)
  • Author(s): Yamaguchi, Y., Kohno, K., Hatsukade, B., Wang, T., Yoshimura, Y., Ao, Y., Dunlop, J. S., Egami, E., Espada, D., et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 72 Pages: id. 69, 23 pp.
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa057
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Large format imaging spectrograph for the Large Submillimeter Telescope (LST) (2020)
  • Author(s): Kohno, K., Kawabe, R., Tamura, Y., Endo, A., Baselmans, J. J. A., Karatsu, K., et al.
  • Journal Title: Proceedings of the SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation Volume: 11453 Pages: 114530N, 11 pp.
  • DOI: 10.1117/12.2561238
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Broader bandwidth - extragalactic science cases (2020)
  • Author(s): KOHNO, Kotaro
  • Organizer: The ALMA 2030 Vision: Design considerations for Digitizers, Backend and Data Transmission System
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Large format imaging spectrograph for the Large Submillimeter Telescope (LST) (2020)
  • Author(s): KOHNO, Kotaro
  • Organizer: Astronomical Telescopes + Instrumentation 2020, SPIE Digital Forum
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dust-enchrouded galaxies uncovered by ALMA deep surveys (2020)
  • Author(s): KOHNO, Kotaro
  • Organizer: CON-quest workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Uncovering obscured galaxies using Large Millimeter Telescope and ALMA (2020)
  • Author(s): KOHNO, Kotaro
  • Organizer: 2nd International Colloquium of Mexican and Japanese Studies "Distance, Interconnectedness and Sharing"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Review: AGN observations (2020)
  • Author(s): 河野孝太郎
  • Organizer: 銀河・銀河間ガス研究会 2020
  • Invited
• [Presentation] 超広帯域観測で探る宇宙の構造形成史 (2020)
  • Author(s): 河野孝太郎
  • Organizer: 宇宙電波懇談会シンポジウム2020年度、極限性能で切り開く電波天文学
  • Invited
• [Presentation] 銀河と大質量ブラックホールの形成と進化：観測の到達点と次の課題 (2020)
  • Author(s): 河野孝太郎
  • Organizer: サブミリ波単一鏡の革新で挑む天文学の未解決問題
  • Invited
• [Remarks] ミリ波サブミリ波帯輝線銀河の無バイアス探査に基づく隠された宇宙星形成史の研究
  • URL: https://sites.google.com/view/deshimamosaic/home