多波長分光観測で探る遠方銀河の化学進化

• 研究課題/領域番号: 19J01222
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 東京大学 (2020); 国立天文台 (2019)
• 研究代表者: 播金 優一 東京大学, 宇宙線研究所, 助教
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2020年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 銀河形成 / 宇宙再電離 / 銀河進化 / 天文学 / 宇宙物理学

研究開始時の研究の概要

赤方偏移z>4銀河の金属量の赤方偏移進化の検証とアウトフロー効率の測定を行う。さらに、本研究で得られる金属量とアウトフローの観測結果と、これまでの渡した市の研究で得た星形成とインフローの観測結果を、赤方偏移進化を取り扱うモデルを構築することで融合し、宇宙初期から現在までの銀河の化学進化史を調査する。

研究実績の概要

2019年に引き続きUniversity College Londonに滞在し、Richard Ellis教授やNicolas Laporte氏らと遠方銀河の金属吸収線についての研究を進め、主著論文を執筆した (Harikane et al. 2020b)。我々の研究によってz~6の非常に明るい遠方銀河はCII1334といった低電離金属吸収線が深く、暗い銀河に比べて中性ガスのcovering fractionが大きいことがわかった。これはこのような明るい銀河の電離光子脱出率が低く、宇宙再電離への寄与が限定的であったことを示唆している。またstellar, ISMの金属吸収線を星種族合成モデルやより近傍で得られた経験則と比較することで、これらの明るいz~6の銀河はすでに化学進化が進んでいることが示唆された。本研究の結果については論文の出版に加えて、天文学会秋期年会で口頭発表を行った。
また、昨年進めたALMAを使った化学進化の研究については論文が出版され (Harikane et al. 2020a)、初代星・初代銀河研究会での招待講演や、2つの国際会議での口頭講演 (Covid-19のためzoomで開催) で研究内容について発表した。
さらに、これらの遠方宇宙における化学進化の研究をさらに発展させるために、James Webb Space Telescopeのcycle 1観測提案募集に提案書を提出し、2本の提案書が受理された。うち1本はカルフォルニア大学のRyan Sanders氏との共同提案である。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

化学進化研究を進める上で、静止系可視の金属輝線を調べることができるJames Webb Space Telescopeは非常に重要な望遠鏡である。James Webb Space Telescopeのcycle 1の観測提案2本 (両方ともPI) が受理され、うち1本は化学進化研究のエキスパートであるカルフォルニア大学のRyan Sanders氏との共同提案であること等を踏まえると、本研究の発展に大きく確かな道筋がついたと判断できるため。

今後の研究の推進方策

James Webb Space Telescopeによって取得されるデータを用いて、遠方宇宙における金属量の赤方偏移進化の検証を行う。またALMAを使って遠赤外の方面からも引き続き化学進化を探る。

研究成果

• [国際共同研究] University College London/University of Cambridge(英国)
• [国際共同研究] University of Arizona(米国)
• [国際共同研究] Scuola Normale Superiore(イタリア)
• [国際共同研究] Leiden Observatory(オランダ)
• [国際共同研究] SISSA/Scuola Normale Superiore/Centro Fermi(イタリア)
• [国際共同研究] IPAC, California Institute of Technology/University of California, Santa Barbara(米国)
• [国際共同研究] Observatorio Nacional(ブラジル)
• [国際共同研究] University College London(英国)
• [雑誌論文] A puzzling non-detection of [OIII] and [CII] from a z = 7.7 galaxy observed with ALMA (2021)
  • 著者名/発表者名: Binggeli C.、Inoue A. K.、Hashimoto T.、Toribio M. C.、Zackrisson E.、Ramstedt S.、Mawatari K.、Harikane Y.、Matsuo H.、Okamoto T.、Ota K.、Shimizu I.、Tamura Y.、Taniguchi Y.、Umehata H.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 646 ページ: A26-A26
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202038180
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] FIR-luminous [C II] Emitters in the ALMA-SCUBA-2 COSMOS Survey (AS2COSMOS): The Nature of Submillimeter Galaxies in a 10 Comoving Megaparsec-scale Structure at z~4.6 (2021)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhashi, Matsuda, Smail, Hayatsu, Simpson, Swinbank, Umehata, Dudzeviciute, Birkin, Ikarashi, Chen, Tadaki, Yajima, Harikane, Inami, Chapman, Hatsukade, Iono, Bunker, Ao, Saito, Ueda, and Sakamoto
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 907 号: 2 ページ: 122-122
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abcc72
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Subaru High-z Exploration of Low-luminosity Quasars (SHELLQs). XII. Extended [C ii] Structure (Merger or Outflow) in a z = 6.72 Red Quasar (2021)
  • 著者名/発表者名: Izumi T., Onoue M., Matsuoka Y., M.A. Strauss, S. Fujimoto, H. Umehata, M. Imanishi, T. Kawamuro, T. Nagao, Y. Toba, K. Kohno, N. Kashikawa, K. Inayoshi, T. Kawaguchi, 他20名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 908 号: 2 ページ: 235-235
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abd7ef
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Large Population of ALMA Galaxies at z > 6 with Very High [O iii] 88 μm to [C ii] 158 μm Flux Ratios: Evidence of Extremely High Ionization Parameter or PDR Deficit? (2020)
  • 著者名/発表者名: Harikane Yuichi、Ouchi Masami、Inoue Akio K.、Matsuoka Yoshiki、Tamura Yoichi、Bakx Tom、Fujimoto Seiji、Moriwaki Kana、Ono Yoshiaki、Nagao Tohru、Tadaki Ken-ichi、Kojima Takashi、Shibuya Takatoshi、Egami Eiichi、Ferrara Andrea、Gallerani Simona、Hashimoto Takuya、Kohno Kotaro、Matsuda Yuichi、Matsuo Hiroshi、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 896 号: 2 ページ: 93-93
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab94bd
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Mean Absorption-line Spectra of a Selection of Luminous z~6 Lyman Break Galaxies (2020)
  • 著者名/発表者名: Harikane Yuichi、Laporte Nicolas、Ellis Richard S.、Matsuoka Yoshiki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 902 号: 2 ページ: 117-117
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abb597
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Three-dimensional Distribution Map of H i Gas and Galaxies around an Enormous Lyα Nebula and Three QSOs at z = 2.3 Revealed by the H i Tomographic Mapping Technique (2020)
  • 著者名/発表者名: Mukae S., Ouchi M., Cai Z., Lee K-G., and 20 coauthors including Suzuki, Nao
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 896 号: 1 ページ: 45-45
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab8db7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Takuji、Nagao Tohru、Ikeda Hiroyuki、Toba Yoshiki、Kajisawa Masaru、Ono Yoshiaki、Tanaka Masayuki、Akiyama Masayuki、Harikane Yuichi、Ichikawa Kohei、Kawaguchi Toshihiro、Kawamuro Taiki、Kohno Kotaro、Lee Chien-Hsiu、Lee Kianhong、Matsuoka Yoshiki、Niida Mana、Ogura Kazuyuki、Onoue Masafusa、Uchiyama Hisakazu
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 160 号: 2 ページ: 60-60
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ab98fe
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Extremely Metal-poor Representatives Explored by the Subaru Survey (EMPRESS). I. A Successful Machine-learning Selection of Metal-poor Galaxies and the Discovery of a Galaxy with M* < 10^6 Msun and 0.016 Zsun (2020)
  • 著者名/発表者名: Kojima Takashi、Ouchi Masami、Rauch Michael、Ono Yoshiaki、Nakajima Kimihiko、Isobe Yuki、Fujimoto Seiji、Harikane Yuichi、Hashimoto Takuya、Hayashi Masao、他10名、Yabe Kiyoto
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 898 号: 2 ページ: 142-142
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aba047
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Mass-Metallicity Relation at z~8: Direct-method Metallicity Constraints and Near-future Prospects (2020)
  • 著者名/発表者名: Jones Tucker、Sanders Ryan、Roberts-Borsani Guido、Ellis Richard S.、Laporte Nicolas、Treu Tommaso、Harikane Yuichi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 903 号: 2 ページ: 150-150
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abb943
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Faint End of the Quasar Luminosity Function at z ? 5 from the Subaru Hyper Suprime-Cam Survey (2020)
  • 著者名/発表者名: Niida Mana, Nagao Tohru, Ikeda Hiroyuki, et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 904 号: 2 ページ: 89-89
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abbe11
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Broadband Selection, Spectroscopic Identification, and Physical Properties of a Population of Extreme Emission-line Galaxies at 3 < z < 3.7 (2020)
  • 著者名/発表者名: Onodera Masato、Shimakawa Rhythm、Suzuki Tomoko L.、Tanaka Ichi、Harikane Yuichi、Hayashi Masao、Kodama Tadayuki、Koyama Yusei、Nakajima Kimihiko、Shibuya Takatoshi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 904 号: 2 ページ: 180-180
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abc174
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Faint Quasars Live in the Same Number Density Environments as Lyman Break Galaxies at z ? 4 (2020)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama Hisakazu、Akiyama Masayuki、Toshikawa Jun、Kashikawa Nobunari、Overzier Roderik、Nagao Tohru、Ichikawa Kohei、Marinello Murilo、Imanishi Masatoshi、Tanaka Masayuki、Matsuoka Yoshiki、Komiyama Yutaka、Ishikawa Shogo、Onoue Masafusa、Kubo Mariko、Harikane Yuichi、Ito Kei、Namiki Shigeru、Liang Yongming
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 905 号: 2 ページ: 125-125
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abc47b
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] CHORUS. I. Cosmic HydrOgen Reionization Unveiled with Subaru: Overview (2020)
  • 著者名/発表者名: Inoue Akio K、Yamanaka Satoshi、Ouchi Masami、Iwata Ikuru、Shimasaku Kazuhiro、Taniguchi Yoshiaki、Nagao Tohru、Kashikawa Nobunari、Ono Yoshiaki、Mawatari Ken、Shibuya Takatoshi、Hayashi Masao、Ikeda Hiroyuki、Zhang Haibin、Liang Yongming、Lee Chien-Hsiu、Hilmi Miftahul、Kikuta Satoshi、Kusakabe Haruka、et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 72 号: 6 ページ: 101-101
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa100
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Early Low-mass Galaxies and Star-cluster Candidates at z ? 6?9 Identified by the Gravitational-lensing Technique and Deep Optical/Near-infrared Imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Kikuchihara Shotaro、Ouchi Masami、Ono Yoshiaki、Mawatari Ken、Chevallard Jacopo、Harikane Yuichi、Kojima Takashi、Oguri Masamune、Bruzual Gustavo、Charlot St?phane
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 893 号: 1 ページ: 60-60
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab7dbe
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SILVERRUSH. VIII. Spectroscopic Identifications of Early Large-scale Structures with Protoclusters over 200 Mpc at z ~ 6-7: Strong Associations of Dusty Star-forming Galaxies (2019)
  • 著者名/発表者名: Harikane Yuichi、Ouchi Masami、Ono Yoshiaki、Fujimoto Seiji、Donevski Darko、Shibuya Takatoshi、Faisst Andreas L.、Goto Tomotsugu、Hatsukade Bunyo、Kashikawa Nobunari、Kohno Kotaro、Hashimoto Takuya、Higuchi Ryo、Inoue Akio K.、Lin Yen-Ting、Martin Crystal L.、Overzier Roderik、Smail Ian、Toshikawa Jun、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 883 号: 2 ページ: 142-142
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab2cd5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Large Population of ALMA Galaxies at z>6 with Very High [OIII]88um to [CII]158um Flux Ratios: Evidence of Extremely High Ionization Parameter or PDR Deficit? (2019)
  • 著者名/発表者名: Harikane, Yuichi; Ouchi, Masami; Inoue, Akio K.; Matsuoka, Yoshiki; Tamura, Yoichi; Bakx, Tom; Fujimoto, Seiji; Moriwaki, Kana; Ono, Yoshiaki; Nagao, Tohru et al.
  • 雑誌名: arXiv e-print 巻: 1 ページ: 1-20
  • 国際共著
• [雑誌論文] Long Gamma-Ray Burst Rate at Very High Redshift (2019)
  • 著者名/発表者名: Kinugawa Tomoya、Harikane Yuichi、Asano Katsuaki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 878 号: 2 ページ: 128-128
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab2188
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast Outflows Identified in Early Star-forming Galaxies at z = 5-6 (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugahara Yuma、Ouchi Masami、Harikane Yuichi、Bouche Nicolas、Mitchell Peter D.、Blaizot Jeremy
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 886 号: 1 ページ: 29-29
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab49fe
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Morphologies of ~190,000 Galaxies at z = 0-10 Revealed with HST Legacy Data. III. Continuum Profile and Size Evolution of Lyα Emitters (2019)
  • 著者名/発表者名: Shibuya Takatoshi、Ouchi Masami、Harikane Yuichi、Nakajima Kimihiko
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 871 号: 2 ページ: 164-164
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaf64b
  • 査読あり
• [学会発表] Spectroscopic Identifications of Early Large Scale Structures at z~6-7 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Harikane
  • 学会等名: Protoclusters: galaxies in confinement
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 遠方銀河観測と宇宙最電離 (2020)
  • 著者名/発表者名: 播金優一
  • 学会等名: 初代星・初代銀河研究会2020
  • 招待講演
• [学会発表] Large Population of ALMA Galaxies at z>6 with High [OIII]88um to [CII]158um Flux Ratios (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Harikane
  • 学会等名: Summer All Zoom Epoch of Reionization Astronomy Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Large Population of ALMA Galaxies at z>6 with Very High [OIII]88um to [CII]158um Flux Ratios (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Harikane
  • 学会等名: The Rise of Metals and Dust in Galaxies through Cosmic Time
  • 国際学会
• [学会発表] The Mean Absorption Line Spectra of a Selection of Luminous z~6 Lyman Break Galaxies (2020)
  • 著者名/発表者名: 播金優一
  • 学会等名: 日本天文学会2020年秋季年会
• [学会発表] ISM Properties of z>6 Galaxies Revealed with ALMA [OIII] and [CII] Observations (2019)
  • 著者名/発表者名: 播金優一
  • 学会等名: 日本天文学会秋期年会
• [学会発表] A Large Population of ALMA Galaxies at z > 6 with Very High [OIII]/[CII]Ratios: Extremely High Ionization Parameter or PDR Decit? (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Harikane
  • 学会等名: Revolutionary Spectroscopy of Today as a Springboard to Webb
  • 国際学会 / 招待講演