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成層圏赤外線天文台で暴く近傍銀河の電離光子放射メカニズム

研究課題

研究課題/領域番号 20K22358
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金
審査区分 0204:天文学、地球惑星科学およびその関連分野
研究機関筑波大学

研究代表者

橋本 拓也  筑波大学, 数理物質系, 助教 (40870887)

研究期間 (年度) 2020-09-11 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード赤外線天文学 / 銀河形成進化 / 近傍銀河 / 電離光子 / SOFIA / 天文学 / 宇宙再電離
研究開始時の研究の概要

宇宙再電離とは, 宇宙誕生後およそ2-10 億年に起きた現象で, 宇宙空間の中性状態から電離状態への相転移現象を指す。主に初代天体が放射する電離光子によって引き起こされたと考えられているが, 十分な理解に至っていない。
近年, アルマ望遠鏡による超遠方銀河の観測から, 超遠方銀河が遠赤外線の微細構造輝線である炭素輝線 ([CII]158um)に対して相対的に強い酸素の輝線([OIII]88um)を放つことが明らかになった。超遠方銀河の電離光子脱出率が高いことが示唆される。本研究では, 近傍宇宙に存在する銀河を駆使し, 初めて電離光子脱出率の測定値と遠赤外線の光学特性の関係を明らかにする。

研究成果の概要

銀河の遠赤外線の輝線光度比([OIII]88μm/[CII]158μm)と電離光子脱出の物理を観測的に結びつけることを目指した。研究代表者がSOFIA望遠鏡を用いて、近傍銀河の遠赤外線データを取得した。近傍銀河のアーカイブデータも組み合わせることで、[OIII]88μm/[CII]158μmが高い天体の特徴を明らかにした。さらに、光度比と電離光子脱出率を結びつける経験則を導くことに成功し、これを遠方銀河に適用した。遠方銀河が宇宙再電離を引き起こしやすい状況であったことを示した。論文が受理され、のちに出版された (Ura & Hashimoto et al. 2023 ApJ)。

研究成果の学術的意義や社会的意義

宇宙再電離現象とは、宇宙誕生後およそ2-10億年に起きた宇宙空間の最後の相転移を指す。未解明な部分が多く、現代天文学におけるフロンティアの一つである。とくに重要な課題の一つが、遠方銀河の電離光子脱出率の推定である。これは測定自体が難しいため、従来の研究では、銀河の紫外線や可視光の光学特性と電離光子脱出率を結びつける試みが主流であった。本研究では、近年のALMA望遠鏡の成果を時宜よく鑑みて、遠赤外線の特性と電離光子脱出率の関係に着目した点で学術的意義が高い。本研究の成果は、今後、ALMAやJWSTを用いた遠方銀河の研究成果を解釈する上で、土台になると期待される。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 6件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] SOFIA Science Center (USRA)(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] ストックホルム大学/ウプサラ大学(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] オスカークラインセンター(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] ユニバーシティカレッジロンドン(英国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] SOFIA Science Center (USRA)(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ウプサラ大学/ストックホルム大学(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Detections of [C ii] 158 μm and [O iii] 88 μm in a Local Lyman Continuum Emitter, Mrk 54, and Its Implications to High-redshift ALMA Studies*2023

    • 著者名/発表者名
      Ura Ryota、Hashimoto Takuya、Inoue Akio K.、Fadda Dario、Hayes Matthew、Puschnig Johannes、Zackrisson Erik、Tamura Yoichi、Matsuo Hiroshi、Mawatari Ken、Fudamoto Yoshinobu、Hagimoto Masato、Kuno Nario、Sugahara Yuma、Yamanaka Satoshi、C. Bakx Tom J. L.、Nakazato Yurina、Usui Mitsutaka、Yajima Hidenobu、Yoshida Naoki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 948 号: 1 ページ: 3-3

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acc530

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Updated Measurements of [O iii] 88 μm, [C ii] 158 μm, and Dust Continuum Emission from a z = 7.2 Galaxy2023

    • 著者名/発表者名
      Ren Yi W.、Fudamoto Yoshinobu、Inoue Akio K.、Sugahara Yuma、Tokuoka Tsuyoshi、Tamura Yoichi、Matsuo Hiroshi、Kohno Kotaro、Umehata Hideki、Hashimoto Takuya、Bouwens Rychard J.、Smit Renske、Kashikawa Nobunari、Okamoto Takashi、Shibuya Takatoshi、Shimizu Ikkoh
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 945 号: 1 ページ: 69-69

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acb8ab

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] ALMA Reveals Extended Cool Gas and Hot Ionized Outflows in a Typical Star-forming Galaxy at Z = 7.132022

    • 著者名/発表者名
      Akins Hollis B.、Fujimoto Seiji、Finlator Kristian、Watson Darach、Knudsen Kirsten K.、Richard Johan、C. Bakx Tom J. L.、Hashimoto Takuya、Inoue Akio K.、Matsuo Hiroshi、Micha?owski Micha? J.、Tamura Yoichi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 934 号: 1 ページ: 64-64

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac795b

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Bridging Optical and Far-infrared Emission-line Diagrams of Galaxies from Local to the Epoch of Reionization: Characteristic High [O iii] 88 μm/SFR at z > 62022

    • 著者名/発表者名
      Sugahara Yuma、Inoue Akio K.、Fudamoto Yoshinobu、Hashimoto Takuya、Harikane Yuichi、Yamanaka Satoshi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 935 号: 2 ページ: 119-119

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac7fed

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Possible Systematic Rotation in the Mature Stellar Population of a z = 9.1 Galaxy2022

    • 著者名/発表者名
      Tokuoka Tsuyoshi、Inoue Akio K.、Hashimoto Takuya、Ellis Richard S.、Laporte Nicolas、Sugahara Yuma、Matsuo Hiroshi、Tamura Yoichi、Fudamoto Yoshinobu、Moriwaki Kana、Roberts-Borsani Guido、Shimizu Ikkoh、Yamanaka Satoshi、Yoshida Naoki、Zackrisson Erik、Zheng Wei
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 933 号: 1 ページ: L19-L19

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ac7447

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Big Three Dragons: A [N ii] 122 μm Constraint and New Dust-continuum Detection of a z = 7.15 Bright Lyman-break Galaxy with ALMA2021

    • 著者名/発表者名
      Sugahara Yuma、Inoue Akio K.、Hashimoto Takuya、Yamanaka Satoshi、Fujimoto Seiji、Tamura Yoichi、Matsuo Hiroshi、Binggeli Christian、Zackrisson Erik
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 923 号: 1 ページ: 5-5

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac2a36

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 電離光子放射天体 Mrk54 における [O iii] 88 um と [C ii] 158 um の検出とそ の意味-高赤方偏移 ALMA 研究への示唆 II2023

    • 著者名/発表者名
      浦遼太
    • 学会等名
      日本天文学会2023年春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] JWST-ALMA synergy I: 偏移7.88における極密度環境の同定2023

    • 著者名/発表者名
      橋本拓也
    • 学会等名
      宇宙電波懇談会シンポジウム2022年度
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] JWST observations of ALMA [O iii] 88 um emitters in the epoch of reionization2023

    • 著者名/発表者名
      橋本拓也
    • 学会等名
      日本天文学会2023年春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 遠方銀河で観測された高い[O iii] 88 um/[C ii] 158 um光度比の原因-近傍銀 河からの示唆2022

    • 著者名/発表者名
      浦遼太
    • 学会等名
      日本天文学会2022年秋季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] JWST observations of ALMA [OIII] 88 μm emitters in the epoch of reionization2022

    • 著者名/発表者名
      橋本拓也
    • 学会等名
      IAU symposium #377 Early Disk-Galaxy Formation from JWST to the Milky Way
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] Takuya Hashimoto

    • URL

      http://thashimoto.weebly.com/

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2020-09-29   更新日: 2024-01-30  

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