面分光観測で探るコンパクト楕円銀河の形成期の姿

• 研究課題/領域番号: 21K03622
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 小野寺 仁人 国立天文台, ハワイ観測所, 助教 (40778396)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 銀河進化 / 銀河 / 観測天文学 / 銀河天文学 / 銀河形成

研究開始時の研究の概要

現在の宇宙では、恒星の大部分が星形成活動を示さず「静的な進化」をする大質量楕円銀河に存在する。これらの楕円銀河は、80億年以上前には現在のわずか2割程度の大きさしかなくコンパクトであった。このような銀河の形成とサイズ進化のメカニズムの解明は、銀河形成における謎のひとつである。一方、遠方の銀河は暗いため、詳細な観測は本質的に難しい。本研究では、近くの宇宙に存在するコンパクトな星形成銀河を、遠方のコンパクト楕円銀河の祖先のに似た天体とみなし、さまざまな物理状態の詳細なマッピング観測をおこなう。得られたデータから星形成の様子を解明し、大質量コンパクト楕円銀河形成シナリオに強い制限を与える。

研究成果の概要

本研究では、赤方偏移0.4にあるコンパクトな星形成銀河をより遠方のコンパクト銀河に類似した天体として扱い、面分光観測による調査をおこなった。調べた天体について、Hα輝線が銀河全体にわたって検出され、明らかな円盤成分が見られないコンパクトな銀河でも電離ガスが200km/s程度で回転していることがわかった。また、星形成率、速度分散、[NII]/Hα輝線比が高く、ガスのアウトフローや活動銀河核の存在を示唆する輝線成分が見られるものもあった。このことから、大質量コンパクト星形成銀河は、活発な星形成活動を示しつつも、今後星形成が抑制され、楕円銀河に向かう途上にあるものである可能性が示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

可視光画像で見ると、本研究で調査したコンパクトな星形成銀河は明らかな円盤構造を持たないが、電離ガスを調べると回転運動を示すことがわかった。楕円銀河では速度分散が大きなランダム運動が卓越しているものが多いが、回転運動からランダム運動への遷移についての示唆を与えるものである。本研究で対象とした大質量コンパクト星形成銀河は赤方偏移0.4ではきわめて稀である一方、より遠方の赤方偏移2以上では観測が困難ではあるが普遍的である。このことから、近傍宇宙でのケーススタディに留まらず、宇宙の星形成活動が最も活発だった時代における銀河形成シナリオの理解にもつながるという点で学術的意義がある。

研究成果

• [国際共同研究] CEA Paris-Saclay(フランス)
• [国際共同研究] University of California, Los Angeles(米国)
• [国際共同研究] University of Copenhagen(デンマーク)
• [国際共同研究] University of Hertfordshire(英国)
• [国際共同研究] CEA Paris-Saclay(フランス)
• [国際共同研究] University of California, Los Angeles(米国)
• [国際共同研究] Dark Cosmology Centre(デンマーク)
• [国際共同研究] CEA/Saclay(フランス)
• [国際共同研究] University of California, Los Angeles(米国)
• [雑誌論文] "EMPRESS. XIII. Chemical Enrichment of Young Galaxies Near and Far at z = 0 and 4-10: Fe/O, Ar/O, S/O, and N/O Measurements with a Comparison of Chemical Evolution Models" (2024)
  • 著者名/発表者名: "Watanabe, Kuria; Ouchi, Masami; Nakajima, Kimihiko; Isobe, Yuki; Tominaga, Nozomu; Suzuki, Akihiro; Ishigaki, Miho N.; Nomoto, Ken'ichi; Takahashi, Koh; Harikane, Yuichi; Hatano, Shun; Kusakabe, Haruka; Moriya, Takashi J.; Nishigaki, Moka; Ono, Yoshiaki; Onodera, Masato; Sugahara, Yuma"
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: Volume 962 号: 1 ページ: 50-50
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad13ff
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Massive Quiescent Galaxy in a Group Environment at z = 4.53 (2024)
  • 著者名/発表者名: Kakimoto Takumi、Tanaka Masayuki、Onodera Masato、Shimakawa Rhythm、Wu Po-Feng、Gould Katriona M. L.、Ito Kei、Jin Shuowen、Kubo Mariko、Suzuki Tomoko L.、Toft Sune、Valentino Francesco、Yabe Kiyoto
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 963 号: 1 ページ: 49-49
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad1ff1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] EMPRESS. XII. Statistics on the Dynamics and Gas Mass Fraction of Extremely Metal-poor Galaxies (2024)
  • 著者名/発表者名: Xu Yi, Ouchi Masami, Isobe Yuki, Mawatari Ken, et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 961 号: 1 ページ: 49-49
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad06ab
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An Atlas of Color-selected Quiescent Galaxies at z > 3 in Public JWST Fields (2023)
  • 著者名/発表者名: Valentino Francesco、Brammer Gabriel、Gould Katriona M. L.、Kokorev Vasily、Fujimoto Seiji、Jespersen Christian Kragh、Vijayan Aswin P.、Weaver John R.、Ito Kei、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 947 号: 1 ページ: 20-20
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acbefa
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced star formation and metallicity deficit in the USS 1558-003 forming protocluster at z=2.53 (2023)
  • 著者名/発表者名: Perez-Martinez J M、Kodama T、Koyama Y、Shimakawa R、Suzuki T L、Daikuhara K、Adachi K、Onodera M、Tanaka I
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 527 号: 4 ページ: 10221-10238
  • DOI: 10.1093/mnras/stad3805
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] EMPRESS. IX. Extremely Metal-poor Galaxies are Very Gas-rich Dispersion-dominated Systems: Will the James Webb Space Telescope Witness Gaseous Turbulent High-z Primordial Galaxies? (2023)
  • 著者名/発表者名: Isobe Yuki, Ouchi Masami, Nakajima Kimihiko, Mawatari Ken, et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 951 号: 2 ページ: 102-102
  • DOI: 10.3847/1538-4357/accc87
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] EMPRESS. XI. SDSS and JWST Search for Local and z ~4-5 Extremely Metal-poor Galaxies (EMPGs): Clustering and Chemical Properties of Local EMPGs (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishigaki Moka、Ouchi Masami、Nakajima Kimihiko、Ono Yoshiaki、Rauch Michael、Isobe Yuki、Harikane Yuichi、Narita Kanako、Zahedy Fakhri、Xu Yi、Yajima Hidenobu、Fukushima Hajime、Hirai Yutaka、Kim Ji Hoon、Inoue Shigeki、Kusakabe Haruka、Lee Chien-Hsiu、Nagao Tohru、Onodera Masato
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 952 号: 1 ページ: 11-11
  • DOI: 10.3847/1538-4357/accf14
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Massive quiescent galaxies at z~3: A comparison of selection, stellar population, and structural properties with simulation predictions (2022)
  • 著者名/発表者名: Lustig Peter、Strazzullo Veronica、Remus Rhea-Silvia、D’Eugenio Chiara、Daddi Emanuele、Burkert Andreas、De?Lucia Gabriella、Delvecchio Ivan、Dolag Klaus、Fontanot Fabio、Gobat Raphael、Mohr Joseph J、Onodera Masato、Pannella Maurilio、Pillepich Annalisa
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 518 号: 4 ページ: 5953-5975
  • DOI: 10.1093/mnras/stac3450
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] EMPRESS. VIII. A New Determination of Primordial He Abundance with Extremely Metal-poor Galaxies: A Suggestion of the Lepton Asymmetry and Implications for the Hubble Tension (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Akinori、Ouchi Masami、Nakajima Kimihiko、Kawasaki Masahiro、Murai Kai、 et al
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 941 号: 2 ページ: 167-167
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac9ea1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] EMPRESS. V. Metallicity Diagnostics of Galaxies over 12+log(O/H)~6.9-8.9 Established by a Local Galaxy Census: Preparing for JWST Spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Kimihiko、Ouchi Masami、Xu Yi、Rauch Michael、Harikane Yuichi、Nishigaki Moka、Isobe Yuki、Kusakabe Haruka、Nagao Tohru、Ono Yoshiaki、Onodera Masato、Sugahara Yuma、Kim Ji Hoon、Komiyama Yutaka、Lee Chien-Hsiu、Zahedy Fakhri S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 262 号: 1 ページ: 3-29
  • DOI: 10.3847/1538-4365/ac7710
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Prime Focus Spectrograph (PFS) for the Subaru Telescope: its start of the last development phase (2022)
  • 著者名/発表者名: Tamura Naoyuki、Moritani Yuki、Yabe Kiyoto、Ishizuka Yuki、Kamata Yukiko、......、Onodera Masato、et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 12184 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1117/12.2628152
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] EMPRESS. IV. Extremely Metal-poor Galaxies Including Very Low-mass Primordial Systems with M* = 10^4 - 10^5 Msun and 2%-3% (O/H): High (Fe/O) Suggestive of Metal Enrichment by Hypernovae/Pair-instability Supernovae (2022)
  • 著者名/発表者名: Isobe Yuki、Ouchi Masami、Suzuki Akihiro、Moriya Takashi J.、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 925 号: 2 ページ: 111-111
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac3509
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] EMPRESS. III. Morphology, Stellar Population, and Dynamics of Extremely Metal-poor Galaxies (EMPGs): Are EMPGs Local Analogs of High-z Young Galaxies?* (2021)
  • 著者名/発表者名: Isobe Yuki、Ouchi Masami、Kojima Takashi、Shibuya Takatoshi、Hayashi Kohei、Rauch Michael、Kikuchihara Shotaro、Zhang Haibin、Ono Yoshiaki、Fujimoto Seiji、Harikane Yuichi、Kim Ji Hoon、Komiyama Yutaka、Kusakabe Haruka、Lee Chien-Hsiu、Mawatari Ken、Onodera Masato、Sugahara Yuma、Yabe Kiyoto
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 918 号: 2 ページ: 54-54
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac05bf
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] What Determines the HI Gas Content in Galaxies? Morphological Dependence of the HI Gas Fraction across the M*-SFR Plane (2021)
  • 著者名/発表者名: Namiki Shgieru V.、Koyama Yusei、Koyama Shuhei、Yamashita Takuji、Hayashi Masao、Haynes Martha P.、Shimakawa Rhythm、Onodera Masato
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 918 号: 2 ページ: 68-68
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abfe08
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program: A Mass-dependent Slope of the Galaxy Size-Mass Relation at z < 1 (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawinwanichakij Lalitwadee、Silverman John D.、Ding Xuheng、George Angelo、Damjanov Ivana、Sawicki Marcin、Tanaka Masayuki、Taranu Dan S.、Birrer Simon、Huang Song、Li Junyao、Onodera Masato、Shibuya Takatoshi、Yasuda Naoki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 921 号: 1 ページ: 38-38
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac1f21
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] AGN feeding and feedback in Fornax A (2021)
  • 著者名/発表者名: Maccagni F. M.、Serra P.、Gaspari M.、Kleiner D.、Morokuma-Matsui K.、Oosterloo T. A.、Onodera M.、Kamphuis P.、Loi F.、Thorat K.、Ramatsoku M.、Smirnov O.、White S. V.
  • 雑誌名: Astronomy &amp; Astrophysics 巻: 656 ページ: A45-A45
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141143
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] EMPRESS. II. Highly Fe-enriched Metal-poor Galaxies with ~1.0 (Fe/O)sun and 0.02 (O/H)sun: Possible Traces of Supermassive (>300 Msun) Stars in Early Galaxies (2021)
  • 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、Komiyama Yutaka、Kusakabe Haruka、Kim Ji Hoon、Lee Chien-Hsiu、Mukae Shiro、Nagao Tohru、Onodera Masato et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 913 号: 1 ページ: 22-22
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abec3d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] HST grism spectroscopy of z~3 massive quiescent galaxies (2021)
  • 著者名/発表者名: D’Eugenio C.、Daddi E.、Gobat R.、Strazzullo V.、Lustig P.、Delvecchio I.、Jin S.、Cimatti A.、Onodera M.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 653 ページ: A32-A32
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202040067
• [学会発表] Stellar populations of the brightest galaxies at intermediate redshift with PFS (2024)
  • 著者名/発表者名: 小野寺仁人
  • 学会等名: 日本天文学会2024年春季年会
• [学会発表] Web tools for PFS observation planning: PFS spectral simulator and PFS target uploader (2024)
  • 著者名/発表者名: 小野寺仁人
  • 学会等名: Formation and Evolution of the Galaxies with Subaru PFS: Satellite workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Web Applications for Subaru/PFS Observation Planning (2024)
  • 著者名/発表者名: 小野寺仁人
  • 学会等名: Subaru Users Meeting FY2023
  • 国際学会
• [学会発表] PFS-SSP Galaxy Evolution Survey (2023)
  • 著者名/発表者名: 小野寺仁人
  • 学会等名: 銀河激進化期研究会
  • 招待講演
• [学会発表] SuMIRe-PFS[31]: Development of the PFS target database and the connection to the fiber allocation process (2023)
  • 著者名/発表者名: 小野寺仁人
  • 学会等名: 日本天文学会2022年春季年会
• [学会発表] SuMIRe-PFS[31]: Development of the PFS target database and the connection to the fiber allocation process (2022)
  • 著者名/発表者名: 小野寺仁人
  • 学会等名: 日本天文学会2022年春季年会