宇宙進化を決定づける赤外線銀河のガス・ダストと星形成メカニズムの解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K23462
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 稲見 華恵 広島大学, 宇宙科学センター, 助教 (20841943)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2023-03-31
• Keywords: 銀河進化 / 銀河形成 / 赤外線 / 星形成 / 星間ガス / 星間ダスト

Outline of Annual Research Achievements

前年度では宇宙最盛期(赤方偏移2-3程度)での銀河がもつ分子ガスの研究を中心に進めたが、本年度では更に遠方宇宙の銀河に着目し銀河の星間ガスとダストについての研究を実施した。
この研究では共同筆頭研究者として申請し取得したALMA望遠鏡の大型プロジェクト観測時間を用い、赤方偏移7-8の初期宇宙での赤外線銀河をかつてない大きなサンプル(40天体)で調査した。測光赤方偏移により選択したこれらのターゲットを分光スキャン観測することで、遠赤外線領域にある炭素の1階電離輝線[CII]または酸素の2階電離輝線[OIII]を検出し、まずはその分光赤方偏移を得ることで銀河までの正確な距離を求めた。本研究では、これまで10年以上積み重ねられてきた静止系紫外線を用いて初期宇宙銀河を分光同定する手法とほぼ同等の初期宇宙銀河の数を約1年で同定するという、画期的な成果を得ている(査読論文受理済)。
また、[CII]または[OIII]を観測した際に、同時にダスト連続光放射も検出した。研究代表者は主にダスト連続光放射の解析を主導し、そのカタログ作成を行った。ターゲットの40天体中16天体でダスト放射を検出し、そのうち12天体は本研究で始めて発見されたものとなった。この研究によりダスト連続光放射をする初期宇宙銀河の既知数を3倍にも増やす大きな成果を挙げることができている(査読論文投稿中)。その中で、更に静止系紫外線では未検出の「隠れ銀河」も発見し、Nature論文として出版され、国際プレスリリースが行われ、ラジオ番組やYoutube番組の取材があった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究計画にて予定されていた通りに研究を進展させることができている。新型コロナウイルス感染症蔓延の中、より遠方の銀河を対象にしたALMA望遠鏡観測も一部を除きほぼ無事に観測され、データ解析を進め、論文化することができている。
しかし、一部(6天体)のALMA望遠鏡観測はまだ実施が完了しておらず、データを取得することができていない。2022年度にはこれらの観測が既遂されることを期待する。また、世界に散らばる研究協力者との交流がオンラインに限られ、直接交流する機会を得ることがまだ出来ていない。国際会議等の場で他研究者との意見交換も実現できずにいる。2022年度には現地での議論を実現させ、新たな研究構想に繋げられる場を設けられることを望んでいる。

Strategy for Future Research Activity

国内外での学会や研究会の現地開催が徐々に再開されていることに期待し、2022年度では国際・国内会議に対面参加し得られた成果を発表できることを期待している。国内外にいる研究協力者を直接訪問し、密接な議論をすることで新たな研究アイディアを発展させ新プロジェクトを構築したい。
また、今年度に得られた成果をもとに、ALMA望遠鏡や他望遠鏡によるフォローアップ観測を実現させるために観測プロポーザルを申請し、本研究を更に伸展させる。

Causes of Carryover

国内外に散らばる研究協力者とのデータやり取りをスムーズにするためのデータサーバは予定通りに整備できたが、残念ながら新型コロナウイルス感染症拡大が継続し、予定していた国内外での学会や研究会の現地開催や参加ができずオンラインとなり、また、研究協力者との対面での交流も困難であったために、次年度使用額が生じた。
2022年度からは感染症拡大に伴う行動制限も少しずつ撤廃され、現地での学会・研究会開催が徐々に始まっているように見受けることもあり、2022年度ではこれまで積み重ねてきた成果を現地開催の学会や研究会にて発表し、また、研究協力者を直接訪問し対面での研究交流を通して、次のプロジェクトに繋げられるように本助成金を使用する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Leiden University/University of Groningen(オランダ)
  • Country Name: NETHERLANDS
  • Counterpart Institution: Leiden University/University of Groningen
• [Int'l Joint Research] Scuola Normale Superiore/Universita di Roma/INAF(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: Scuola Normale Superiore/Universita di Roma/INAF
• [Int'l Joint Research] Liverpool John Moores University/University of Manchester(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Liverpool John Moores University/University of Manchester
• [Int'l Joint Research] University of Arizona(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Arizona
• [Int'l Joint Research] Observatoire de Geneve(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: Observatoire de Geneve
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 3
• [Journal Article] GOODS-ALMA 2.0: Starbursts in the main sequence reveal compact star formation regulating galaxy evolution prequenching (2022)
  • Author(s): Gomez-Guijarro, Elbaz, Xiao, Kokorev, Magdis, Magnelli, Daddi, Valentino, Sargent, Dickinson, Bethermin, Franco, Pope, Kalita, Ciesla, Demarco, Inami, and 24 colleagues
  • Journal Title: Astronomy and Astrophysics Volume: 659 Pages: A196
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202142352
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The REBELS ALMA Survey: cosmic dust temperature evolution out to z 7 (2022)
  • Author(s): Sommovigo, Ferrara, Pallottini, Dayal, Bouwens, Smit, da Cunha, De Looze, Bowler, Hodge, Inami, Oesch, Endsley, Gonzalez, Schouws, Stark, Stefanon, Aravena, Graziani, Riechers, Schneider, van der Werf, Algera, Barrufet, Fudamoto, Hygate, Labbe, Li, Nanayakkara, and Topping
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: stac302 Pages: stac302
  • DOI: 10.1093/mnras/stac302
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] GOODS-ALMA 2.0: Source catalog, number counts, and prevailing compact sizes in 1.1 mm galaxies (2022)
  • Author(s): Gomez-Guijarro, Elbaz, Xiao, Bethermin, Franco, Magnelli, Daddi, Dickinson, Demarco, Inami, and 28 colleagues
  • Journal Title: Astronomy and Astrophysics Volume: 658 Pages: A43
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141615
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Massive Star Cluster Formation and Destruction in Luminous Infrared Galaxies in GOALS. II. An ACS/WFC3 Survey of Nearby LIRGs (2021)
  • Author(s): Linden, Evans, Larson, Privon, Armus, Rich, Diaz-Santos, Murphy, Song, Barcos-Munoz, Howell, Charmandaris, Inami, U, Surace, Mazzarella, and Calzetti
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 923 Pages: 278
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac2892
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A hard X-ray view of luminous and ultra-luminous infrared galaxies in GOALS - I. AGN obscuration along the merger sequence (2021)
  • Author(s): Ricci, Privon, Pfeifle, Armus, Iwasawa, Torres-Ala, Satyapal, Bauer, Treister, Ho, Aalto, Arevalo, Barcos-Munoz, Charmandaris, Diaz-Santos, Evans, Gao, Inami, Koss, Lansbury, Linden, Medling, Sanders, Song, Stern, U, Ueda, and Yamada
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 506 Pages: 5935-5950
  • DOI: 10.1093/mnras/stab2052
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Normal, dust-obscured galaxies in the epoch of reionization (2021)
  • Author(s): Fudamoto, Oesch, Schouws, Stefanon, Smit, Bouwens, Bowler, Endsley, Gonzalez, Inami, Labbe, Stark, Aravena, Barrufet, da Cunha, Dayal, Ferrara, Graziani, Hodge, Hutter, Li, De Looze, Nanayakkara, Pallottini, Riechers, Schneider, Ucci, van der Werf, and White
  • Journal Title: Nature Volume: 597 Pages: 489-492
  • DOI: 10.1038/s41586-021-03846-z
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Comparison between Nuclear Ring Star Formation in LIRGs and in Normal Galaxies with the Very Large Array (2021)
  • Author(s): Song, Linden, Evans, Barcos-Munoz, Privon, Yoon, Murphy, Larson, Diaz-Santos, Armus, Mazzarella, Howell, Inami, Torres-Ala, U, Charmandaris, McKinney, Kunneriath, and Momjian
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 916 Pages: 73
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac05c2
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Measuring the Average Molecular Gas Content of Star-forming Galaxies at z = 3-4 (2021)
  • Author(s): Boogaard, Bouwens, Riechers, van der Werf, Bacon, Matthee, Stefanon, Feltre, Maseda, Inami, Aravena, Brinchmann, Carilli, Contini, Decarli, Gonzalez-Lopez, Nanayakkara, and Walter
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 916 Pages: 12
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac01d7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The ALMA Spectroscopic Survey in the HUDF: A Search for [C II] Emitters at 6 <= z <= 8 (2021)
  • Author(s): Uzgil, Oesch, Walter, Aravena, Boogaard, Carilli, Decarli, Diaz-Santos, Fudamoto, Inami, Bouwens, Cortes, Cox, Daddi, Gonzalez-Lopez, Labbe, Popping, Riechers, Stefanon, Van der Werf, and Weiss
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 912 Pages: 67
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abe86b
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] ALMA as a high-redshift survey instrument (2021)
  • Author(s): Hanae Inami
  • Organizer: uropean Astronomical Society (EAS) Meeting 2021
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ALMA observations on NGC3256 and IIZw096 (2021)
  • Author(s): Hanae Inami
  • Organizer: GOALS Workshop 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observing Star-Forming Galaxies (2021)
  • Author(s): 稲見華恵
  • Organizer: Galaxy-IGM Workshop 2021
• [Presentation] Exploring the Unseen Distant Universe with Large Aperture Submillimeter/Terahertz Observations (2021)
  • Author(s): 稲見華恵
  • Organizer: 日本天文学会 2021年秋季年会
  • Invited
• [Remarks] 広島大学プレスリリース (和文)
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/hasc/news/66688
• [Remarks] 広島大学プレスリリース (英文)
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/hasc/news/66761
• [Remarks] 国立天文台プレスリリース
  • URL: https://alma-telescope.jp/news/press/dustygalaxy-202109
• [Remarks] プレスネット東広島 インタビュー記事
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/system/files/175335/inami%20002.pdf