Observational Studies on the Formation of Star Clusters in Giant Molecular Clouds

• 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: 18H05440
• 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: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 大西 利和 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30314058)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): Gonzalez Alvaro 国立天文台, アルマプロジェクト, 准教授 (30748869) ; 村岡 和幸 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (40571287) ; 富田 賢吾 東北大学, 理学研究科, 准教授 (70772367) ; 宮田 隆志 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90323500) ; 井上 剛志 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (90531294) ; 立原 研悟 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (70432565)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥299,520,000 (Direct Cost: ¥230,400,000、Indirect Cost: ¥69,120,000); Fiscal Year 2021: ¥62,140,000 (Direct Cost: ¥47,800,000、Indirect Cost: ¥14,340,000); Fiscal Year 2020: ¥58,760,000 (Direct Cost: ¥45,200,000、Indirect Cost: ¥13,560,000); Fiscal Year 2019: ¥50,180,000 (Direct Cost: ¥38,600,000、Indirect Cost: ¥11,580,000); Fiscal Year 2018: ¥88,530,000 (Direct Cost: ¥68,100,000、Indirect Cost: ¥20,430,000)
• Keywords: 星・星団形成 / 電波天文学 / 赤外線天文学 / 星形成

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、大小ミリ波・サブミリ波望遠鏡を駆使することにより、星間分子雲の詳細な物理状態を導出し、そこで形成される星団や星・惑星の形成初期条件を探る。そのため、1.85m電波望遠鏡を南米チリの標高2,500mサイトに移設し、広帯域電波分光システムを開発・搭載する。また、中間赤外線測光観測装置: TAO/ MIMIZUKUにより、SpitzerやHerschelでは難しい分子雲の奥深くに埋もれた原始星団の高分解能観測を実現し、原始星団を構成するメンバーの年齢・質量等を導き出し、星形成理論と比較する。1.85m電波望遠鏡の移設に関しては、大阪府立大学、国立天文台、東京大学、チリ大学の研究者が緊密に連携を取り、超広帯域受信システムの開発やチリ移設に向けた準備を順調に開始した。チリ大学の研究者を招聘し、チリ移設に関する法的な問題を議論した結果、当初予定よりも長い準備期間が必要であることが明らかになり、望遠鏡の移設は、3年目に行うこととなった。TAO/ MIMIZUKUに関しても、MIMIZUKUはすばる望遠鏡などでの試験観測を進め、I-Bandガイドシステムの購入・開発を開始した。これらの開発と並行して、ALMA等を用いた天文学研究を進め、銀河系・大小マゼラン雲での大質量星・小質量星形成の研究を精力的に進めた。例えば、大マゼラン雲では、多くの星が形成されると考えられる巨大分子雲から大きく離れた、孤立した環境下での大質量星に付随するALMA観測から、数千太陽質量のコンパクトな分子雲からも大質量星が形成される事、その際分子雲の乱流成分が増大する事が重要であること、等を明らかにしてきた。今後も、開発作業とともに、天文研究も幅広く推進する。

Current Status of Research Progress

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

Reason

1.85m望遠鏡に関しては、認められた経費内で科学的成果を確保すべく、受信スペクトル数（IFや受信偏波の数）などの最適化の検討を進めている。大阪府立大学、国立天文台の研究者の間で、広帯域観測に向けたシステム設計を進め、それに応じて備品等の購入をすすめ、開発をはじめた。大阪府立大学と東京大学のTAOのグループは、チリ・アタカマのTAO山麓施設への望遠鏡移設に備え、望遠鏡設置場所などの選定を行った。また、チリ大学、国立天文台の研究者とともに、チリ移設に向けた法的な準備を進めている。チリ輸出や望遠鏡移設・運用に伴う法的な手続きが、チリ国内の事情により、当初より長くかかることが、チリ大学の研究者・弁護士との議論で明らかになり、望遠鏡の移設は来年度（2年目）では無く、3年目に行うことに決めた。望遠鏡移設の設置作業に関しては、TAO山麓施設の増築工事と同時に設計を進めており、同時に行うことにより、コストの削減を図る予定である。また、望遠鏡レドームの改修も望遠鏡移設の前に行うべきだと考え、本年度にレドーム膜を購入した。これ以外の開発・移設準備についてはおおよそ予定通りである。その他の事項に関しても、ほぼ予定通り進展している。

Strategy for Future Research Activity

本計画において最も不確実性が大きい事項は、1.85m鏡のチリへの移設に伴うチリ国内での各種申請、作業のスピードである。現在のところ、望遠鏡移設に関する法的な点で多少の遅れが出ているが、国立天文台、東京大学、チリ大学と緊密な連携を維持して各種問題に対応していきたい。

Research Products

• [Int'l Joint Research] エトベス大学/コンコリ天文台(ハンガリー)
• [Int'l Joint Research] 米国電波天文台/STScI/イリノイ大学(米国)
• [Int'l Joint Research] CEA(フランス)
• [Journal Article] A centrally concentrated sub-solar mass starless core in the Taurus L1495 filamentary complex (2019)
  • Author(s): Tokuda, K., Tachihara, K., Saigo, K., Andre P., Miyamoto, Y., Zahorecz, S., Inutsuka, S.-i., Matsumoto, T., Takashima, T., Machida, M. N., Tomida, K., Taniguchi, K., Fukui, Y., Kawamura, A., Tatematsu, K., Kandori, R., and Onishi, T.
  • Journal Title: PASJ Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ALMA CO Observations of Supernova Remnant N63A in the Large Magellanic Cloud : Discovery of Dense Molecular Clouds Embedded within Shock-ionized and Photoionized Nebulae (2019)
  • Author(s): Sano H.、Matsumura H.、Nagaya T.、Yamane Y.、Alsaberi R. Z. E.、Filipovic M. D.、Tachihara K.、Fujii K.、Tokuda K.、Tsuge K.、Yoshiike S.、Onishi T.、Kawamura A.、Minamidani T.、Mizuno N.、Yamamoto H.、Inutsuka S.、Inoue T.、Maxted N.、Rowell G.、Sasaki M.、Fukui Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 873 Pages: 40-40
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab02fd
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Formation of the Active Star-forming Region LHA 120-N 44 Triggered by Tidally Driven Colliding H I Flows (2019)
  • Author(s): Tsuge, K., Sano, H., Tachihara, K., Yozin, C., Bekki, K., Inoue, T., Nizuno, N., Kawamura, A., Onishi, T., & Fukui, Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 871 Pages: 44-44
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaf4fb
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Early Stage of Molecular Cloud Formation by Compression of Two-phase Atomic Gases (2019)
  • Author(s): Iwasaki, Kazunari; Tomida, Kengo; Inoue, Tsuyoshi; Inutsuka, Shu-ichiro
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 873 Pages: 21-27
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab02ff
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Galactic foreground of gamma-ray bursts from AKARI Far-Infrared Surveyor (2018)
  • Author(s): Toth L Viktor、Doi Yasuo、Zahorecz Sarolta、Pinter Sandor、Racz Istvan I、Bagoly Zsolt、Balazs Lajos G、Horvath Istvan、Kiss Csaba、Kovacs Timea、Onishi Toshikazu
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71 Pages: 10-10
  • DOI: 10.1093/pasj/psy123
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Dust-selected Molecular Clouds in the Northeast Region of the Small Magellanic Cloud (2018)
  • Author(s): Takekoshi, T., Minamidani, T., Komugi, S., Kohno, K., Tosaki, T., Sorai, K., Muller, E., Mizuno, N., Kawamura, A., Onishi, T., Fukui, Y., Bot, C., Rubio, M., Ezawa, H., Oshima, T., Austermann, J. E., Matsuo, H., Aretxaga, I., Hughes, D. H., Kawabe, R., Wilson, G. W., and Yun, M. S.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 867 Pages: 117-117
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aae48b
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular Clouds Associated with the Type Ia SNR N103B in the Large Magellanic Cloud (2018)
  • Author(s): Sano H.、Yamane Y.、Tokuda K.、Fujii K.、Tsuge K.、Nagaya T.、Yoshiike S.、Filipovic M. D.、Alsaberi R. Z. E.、Barnes L.、Onishi T.、Kawamura A.、Minamidani T.、Mizuno N.、Yamamoto H.、Tachihara K.、Maxted N.、Voisin F.、Rowell G.、Yamaguchi H.、Fukui Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 867 Pages: 7-16
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aae07c
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ALMA Observations of Supernova Remnant N49 in the LMC. I. Discovery of CO Clumps Associated with X-Ray and Radio Continuum Shells (2018)
  • Author(s): Yamane, Y.; Sano, H.; van Loon, J. Th. et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 863 Pages: 55-55
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aacfff
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Warm CO Gas Generated by Possible Turbulent Shocks in a Low-mass Star-forming Dense Core in Taurus (2018)
  • Author(s): Tokuda, K., Onishi, T., Saigo, K., Matsumoto, T., Inoue, T., Inutsuka, S. -i., Fukui, Y., Machida, M. N., Tomida, K., Hosokawa, T., Kawamura, A., & Tachihara, K.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 862 Pages: 8-21
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aac898
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 大阪府大1.85m望遠鏡 230, 345 GHz帯 CO 同位体6輝線同時観測用導波管回 路の進捗 (2019)
  • Author(s): 増井翔, 上田翔汰, 原田遼平, 岡田望, 大西利和, 小川英夫 (大阪府大), 長谷川豊 (ISAS/JAXA), 徳田 一起 (大阪府大/NAOJ), 木村公洋 (名古屋大), 小嶋崇文, Alvaro Gonzalez(NAOJ)
  • Organizer: 日本天文学会2019年春季年会
• [Presentation] High-mass star formation in GMCs in the Magellanic Clouds (2018)
  • Author(s): Toshikazu Onishi
  • Organizer: The Wonders of Star Formation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A detailed ALMA study of an early stage protostar formation in a highly dense core (2018)
  • Author(s): Kazuki Tokuda
  • Organizer: The Wonders of Star Formation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular gas distribution in the GMCs in the Magellanic Clouds (2018)
  • Author(s): Toshikazu Onishi
  • Organizer: Interstellar filament paradigm: On their formation, evolution, and role in star formation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Warm CO filamentary/clumpy gas generated by possible turbulent shocks in a highly dynamical dense core in Taurus resolved by ALMA (2018)
  • Author(s): Kazuki Tokuda
  • Organizer: Interstellar filament paradigm: On their formation, evolution, and role in star formation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Searching for high-density cores in very early stages of star formation with ALMA (2018)
  • Author(s): Kazuki Tokuda
  • Organizer: East Asian ALMA Development Workshop 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Modeling and feasibility analysis of a wideband IF receiver frontend (2018)
  • Author(s): Takafumi Kojima
  • Organizer: East Asian ALMA Development Workshop 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] EA-ALMA Development (2018)
  • Author(s): Alvaro Gonzalez
  • Organizer: East Asian ALMA Development Workshop 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of new Frequency-Separation-Filter for wide band observation (2018)
  • Author(s): Sho Masui
  • Organizer: East Asian ALMA Development Workshop 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Warm CO filamentary/clumpy gas generated by possible turbulent shocks in a highly dynamical dense core in Taurus resolved by ALMA (2018)
  • Author(s): Tokuda Kazuki
  • Organizer: East Asian ALMA Science Workshop 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Summary of East Asia ALMA Development activities (2018)
  • Author(s): Alvaro Gonzalez
  • Organizer: East Asian ALMA Science Workshop 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of wideband RF and IF receiver frond-end technologies (2018)
  • Author(s): Takafumi Kojima
  • Organizer: East Asian ALMA Science Workshop 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigating a spatial variation in 12C/13C isotopic ratio in the starburst galaxy NGC253 (2018)
  • Author(s): Ryotaro Konishi
  • Organizer: ALMA WS for Nearby Galaxies: Science and Techniques
• [Presentation] 1.85m 電波望遠鏡新広帯域受信システムの開発進捗 (2018)
  • Author(s): 上田翔汰, 増井翔, 高宇辰, 小西諒太郎, 後藤健太, 杉内拓, 黒田麻友 保田大介, 原田遼平, 岡田望, 阿部安宏, 木村公洋, 村岡和幸, 前澤裕之, 大西利和, 小川英夫 (大阪府立大学), 徳田一起 (NAOJ/大阪府立大学), 長谷川豊 (ISAS), 逆井啓佑, 佐谷昂樹, 佐伯駿, 西村淳, 大浜晶生 (名古屋大学)
  • Organizer: 日本天文学会2018年秋季年会
• [Presentation] 220-350 GHz 帯 超広帯域導波管型周波数フィルタの開発 (2018)
  • Author(s): 増井翔, 上田翔汰, 原田遼平, 岡田望, 木村公洋, 大西利和, 小川英夫 (大阪府大), 徳田一起 (大阪府大/NAOJ), 長谷川豊 (ISAS/JAXA)
  • Organizer: 日本天文学会2018年秋季年会