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

• Project/Area Number: 19K23462
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0204:Astronomy, earth and planetary science, and related fields
• 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 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 銀河進化 / 銀河形成 / 星形成 / 銀河ガス / 赤外線天文学

Outline of Research at the Start

塵の中で激しい星形成を起こしている赤外線銀河の存在は約35年前に発見されたが、科学技術の進歩によって、ようやく赤外線、ミリ波・サブミリ波を用いた詳細な観測が可能となった。しかし、今まで調査された赤外線銀河は観測が比較的容易な極度に明るいものに限られる等、赤外線銀河という種族全体としての物理的性質の理解にはまだ至らない。本研究では、銀河個々の性質と銀河全体が従う経験則に着目することで、赤外線銀河がどのようにして宇宙の星形成史を決定づけているのかを系統的に評価する。

Outline of Annual Research Achievements

主にALMA望遠鏡のデータを用い、遠方宇宙で星形成を行っている銀河の性質の調査を行った。ハッブル・ウルトラ・ディープ・フィールドでの深宇宙サーベイ観測により、当初の計画通り、星形成の原料となるガスの輝線を検出し、放射強度を測定した。また、輝線を検出した銀河の星形成率と星質量を求め、これらの性質とガスの関係を調べた。約100億年弱前の宇宙でのガス質量と星質量の相関関係に新たな制限をつけることができた。理論モデルを得意とする共同研究者とも協力し、モデルとの比較も行ったところ、銀河がもつガス質量は予測された結果とほぼ同じ傾向を示したが、実際の測定値の方が平均的に大きな値が得られた。これらの初期成果を招待講演を含む国際学会にて発表した。来年度には国際査読論文誌にて発表される予定である。

他にも、本研究が今後寄与できる2021年3月打ち上げを目指すジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡について、国内ワークショップも2020年3月に開催した。新型コロナウイルス拡大の影響により残念ながら現地開催は叶わなかったが、遠隔(オンライン)開催し当初目標としていた40名の参加を上回る50名の参加があった。

また、本研究を通して将来計画の発展が期待されるSPICA宇宙望遠鏡計画への貢献も行い、搭載予定の観測装置の公差解析、および、新たに開発された赤外線フィルターの評価を行った。公差解析の成果は欧州宇宙機関に報告され望遠鏡の設計に寄与した。赤外線フィルターの評価は、透過率を測定することにより極低温に冷やした後に破損が生じないか実験を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

現時点ではほぼ計画通りに研究課題は行われている。データも手元に揃っており、解析も順調である。
ただし、当初予定していた2020年2月および3月の出張が新型コロナウイルス拡大の影響により取りやめとなり、国内外の共同研究者との対面による議論を行うことができていない。そのため、2020年中盤から後半にかけて遅れが生じる可能性がある。また、同様に新型コロナウイルス拡大の影響により、本研究課題で重要な位置を占めるALMA望遠鏡の2020年の観測プロポーザル公募が中止された。ゆえに継続したデータ取得が困難となった。

Strategy for Future Research Activity

初年度に解析した結果を国際査読論文誌にて発表をすることを目指す。また、手元に揃っている他のデータについても解析を進め、銀河の物理的性質についての理解を深め、それが星形成に与える影響を探る。新型コロナウイルスによる影響が落ち着くまでは、共同研究者との議論を出来るだけオンラインで綿密に行い、その後に遅れを取り戻せるよう万全の準備をする。
引き続き、日本国内でのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による観測を促進する活動を行い、SPICA宇宙望遠鏡計画にも協力する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute for Astronomie/Max-Planck-Institut for Radioastronomie(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] CRAL/IRAP(フランス)
• [Int'l Joint Research] Leiden University(オランダ)
• [Int'l Joint Research] California Institute of Technology(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Crete(ギリシャ)
• [Journal Article] The ALMA Spectroscopic Survey in the HUDF: The Cosmic Dust and Gas Mass Densities in Galaxies up to z~3 (2020)
  • Author(s): Magnelli, Boogaard, Decarli, Gonzalez-Lopez, Novak, Popping, Smail, Walter, Aravena, Assef, Bauer, Bertoldi, Carilli, Cortes, Cunha, Daddi, Diaz-Santos, Inami, Ivison, Fevre, Oesch, Riechers, Rix, Sargent, Werf, Wagg, and Weiss
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 892 Pages: 66-66
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab7897
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The main sequence of star-forming galaxies - II. A non-evolving slope at the high-mass end (2019)
  • Author(s): Popesso, Morselli, Concas, Schreiber, Rodighiero, Cresci, Belli, Ilbert, Erfanianfar, Mancini, Inami, Dickinson, Pannella, and Elbaz
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 490 Pages: 5285-5299
  • DOI: 10.1093/mnras/stz2635
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The ALMA Spectroscopic Survey in the HUDF: Constraining Cumulative CO Emission at 1<~z<~4 with Power Spectrum Analysis of ASPECS LP Data from 84 to 115 GHz (2019)
  • Author(s): Uzgil, Carilli, Lidz, Walter, Thyagarajan, Decarli, Aravena, Bertoldi, Cortes, Gonzalez-Lopez, Inami, Popping, Riechers, Van der Werf, Wagg, and Weiss
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 887 Pages: 37-37
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab517f
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] New criteria for the selection of galaxy close pairs from cosmological simulations: evolution of the major and minor merger fraction in MUSE deep fields (2019)
  • Author(s): Ventou, Contini, Bouch, Epinat, Brinchmann, Inami, Richard, Schroetter, Soucail, Steinmetz, and Weilbacher
  • Journal Title: Astronomy and Astrophysics Volume: 631
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201935597
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The ALMA Spectroscopic Survey in the HUDF: Nature and Physical Properties of Gas-mass Selected Galaxies Using MUSE Spectroscopy (2019)
  • Author(s): Boogaard, Decarli, Gonzalez-Lopez, van der Werf, Walter, Bouwens, Aravena, Carilli, Bauer, Brinchmann, Contini, Cox, da Cunha, Daddi, Diaz-Santos, Hodge, Inami, Ivison, Maseda, Matthee, Oesch, Popping, Riechers, Schaye, Schouws, Smail, Weiss, Wisotzki, Bacon, Cortes, Rix, Somerville, Swinbank, and Wagg
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 882 Pages: 140-140
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab3102
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: CO Emission Lines and 3 mm Continuum Sources (2019)
  • Author(s): Gonzalez-Lopez, Decarli, Pavesi, Walter, Aravena, Carilli, Boogaard, Popping, Weiss, Assef, Bauer, Bertoldi, Bouwens, Contini, Cortes, Cox, da Cunha, Daddi, Diaz-Santos, Inami, Hodge, Ivison, Le Fevre, Magnelli, Oesch, Riechers, Rix, Smail, Swinbank, Somerville, Uzgil, and van der Werf
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 882 Pages: 139-139
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab3105
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The ALMA Spectroscopic Survey in the HUDF: CO Luminosity Functions and the Molecular Gas Content of Galaxies through Cosmic History (2019)
  • Author(s): Decarli, Walter, Gonzalez-Lopez, Aravena, Boogaard, Carilli, Cox, Daddi, Popping, Riechers, Uzgil, Weiss, Assef, Bacon, Bauer, Bertoldi, Bouwens, Contini, Cortes, da Cunha, Diaz-Santos, Elbaz, Inami, Hodge, Ivison, Le Fevre, Magnelli, Novak, Oesch, Rix, Sargent, Smail, Swinbank, Somerville, van der Werf, Wagg, Wisotzki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 882 Pages: 138-138
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab30fe
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Evolution of the Molecular Gas in CO-selected Galaxies (2019)
  • Author(s): Aravena, Decarli, Gonzalez-Lopez, Boogaard, Walter, Carilli, Popping, Weiss, Assef, Bacon, Bauer, Bertoldi, Bouwens, Contini, Cortes, Cox, da Cunha, Daddi, Diaz-Santos, Elbaz, Hodge, Inami, Ivison, Le Fevre, Magnelli, Oesch, Riechers, Smail, Somerville, Swinbank, Uzgil, van der Werf, Wagg, and Wisotzki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 882 Pages: 136-136
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab30df
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-Dimensional Optimal Spectral Extraction (TDOSE) from integral field spectroscopy (2019)
  • Author(s): Schmidt, Wisotzki, Urrutia, Kerutt, Krajnovic, Herenz, Saust, Contini, Epinat, Inami, and Maseda
  • Journal Title: Astronomy and Astrophysics Volume: 628
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201935857
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular gas and dust properties of galaxies from the Great Observatories All-sky LIRG Survey (2019)
  • Author(s): Herrero-Illana, Privon, Evans, Diaz-Santos, Prez-Torres, U, Alberdi, Iwasawa, Armus, Aalto, Mazzarella, Chu, Sanders, Barcos-Munoz, Charmandaris, Linden, Yoon, Frayer, Inami, Kim, Borish, Conway, Murphy, Song, Stierwalt, and Surace
  • Journal Title: Astronomy and Astrophysics Volume: 628
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201834088
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The MUSE Atlas of Disks (MAD): resolving star formation rates and gas metallicities on <100pc scales (2019)
  • Author(s): Erroz-Ferrer, Carollo, den Brok, Onodera, Brinchmann, Marino, Monreal-Ibero, Schaye, Woo, Cibinel, Debattista, Inami, Maseda, Richard, Tacchella, and Wisotzki
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 484 Pages: 5009-5027
  • DOI: 10.1093/mnras/stz194
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field (2020)
  • Author(s): Hanae Inami & ASPECS team
  • Organizer: East-Asian ALMA Science Workshop 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Tips on how to write a successful proposal (2020)
  • Author(s): Hanae Inami
  • Organizer: Japan JWST Cycle 1 Proposal Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Beyond the Visible: Our Universe in the Infrared (2020)
  • Author(s): 稲見華恵
  • Organizer: 第11回K-CONNEX研究会
• [Presentation] Using infrared spectra to reveal dusty galaxies in the local and distant universe (2019)
  • Author(s): Hanae Inami & GOALS Team
  • Organizer: Exploring the Infrared Universe: The Promise of SPICA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stacking analysis of CO emission based on optical spectroscopic redshifts from MUSE (2019)
  • Author(s): Hanae Inami, Fabian Walter, Roberto Decarli, Axel Weiss, Manuel Aravena, Chris Carilli, & ASPECS+MUSE team
  • Organizer: ALMA2019: science results and cross-facility synergies
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gas Masses of z~1-5 Galaxies from Stacking (2019)
  • Author(s): Hanae Inami, Fabian Walter, Roberto Decarli, Axel Weiss, Leindert Boogaard, Rychard Bouwens, Manuel Aravena, Chris Carilli, & ASPECS+MUSE
  • Organizer: Revolutionary Spectroscopy of Today as a Springboard to Webb
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 広視野可視光面分光装置VLT/MUSEによる深宇宙探査の成果とそれを見据えた次への一歩 (2019)
  • Author(s): 稲見華恵
  • Organizer: 我が国の(近)赤外線広視野観測サイエンスの戦略と展望
• [Presentation] WP-04: Optical Tolerance Analyses (2019)
  • Author(s): 稲見華恵, 高橋葵, 大西崇介
  • Organizer: SPICA/SMI全体会議
• [Presentation] 近傍銀河円盤内における星間ガスの状態 (2019)
  • Author(s): 稲見華恵, SPICA近傍銀河サイエンス検討班
  • Organizer: SPICAサイエンス検討会中間発表会