アルマ広周波数域分子輝線サーベイによるスターバースト現象の解明

• 研究課題/領域番号: 21K03634
• 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: 原田 ななせ 国立天文台, 科学研究部, 助教 (10785421)
• 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: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
• キーワード: 電波天文学 / 星間化学 / 銀河天文学 / スターバースト銀河 / ALMA / 近傍銀河 / 星形成 / 理論天文学

研究開始時の研究の概要

銀河の中には星形成が非常に盛んである段階にあるスターバーストを経験している銀河がある。そうしたスターバーストは銀河進化の中でも重要な段階であるが、それを引き起こす条件や抑制する要素は分かっていない。本研究では、スターバーストとその抑制に寄与する物理条件を、星形成の材料である分子の化学組成から明らかにすることを目的とする。その為我々が行ったアルマ大型プログラムALCHEMI の超広周波数域、高感度のラインサーベイを用いる。この系外銀河の星間化学としては画期的な観測結果と分子の存在量を導き出す化学モデル計算から、近傍銀河で分子の性質によって多種の分子存在量がどう変わるかの理解を飛躍的に発展させる。

研究成果の概要

本研究では非常に激しい星形成、スターバーストを起こしている銀河の中で、その非常に激しい星形成を可能にする要素は何か、また現在ある星はどのように将来の星形成に影響するのか、の解明を目的にする。星間化学は星の材料である分子ガスの物理条件の良い指標であるので、スターバースト現象の起源や終焉について調べるのに適している。アルマ大型プログラムALCHEMIのデータを用い、近傍のスターバースト銀河NGC253の星間化学を調べることによりその現象を解明する。この研究によって、星形成を助長するような分子雲衝突や高密度ガスが多くあること、また将来の星形成を抑圧しうる現在や過去の星のエネルギーの影響が見られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

銀河進化の中で多くの銀河が激しい星形成を起こしている段階を通ってきたと考えられる。そのため、その激しい星形成がどうやって起こり、終わっていったのかを知るのは私たちがどのように存在することができるのかを知るストーリーの一部となる。星の形成は分子ガスが材料になるためその分子ガスの理解は星形成に重要である。これまで私たちが住む天の川銀河ではない銀河では分子ガスの質量は簡単に測ることができたが、それ以外の性質を知ることは困難であった。私たちの成果では、その性質をこれまでになく詳しく知ることができた。

研究成果

• [国際共同研究] 合同アルマ観測所(チリ)
• [国際共同研究] 国立電波天文学観測所/ニューメキシコ工科大学(米国)
• [国際共同研究] 台湾中央研究院天文及天文物理研究所(その他の国・地域)
• [国際共同研究] オンサラ観測所／チャルマース工科大学(スウェーデン)
• [国際共同研究] マックスプランク電波天文学研究所(ドイツ)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] Chalmers University of Technology(スウェーデン)
• [国際共同研究] National Radio Astronomy Observatory/University of Virginia/New Mexico Inst. of Tech. and Mining(米国)
• [国際共同研究] Max Planck Institute for Radio Astronomy(ドイツ)
• [国際共同研究] Leiden University(オランダ)
• [国際共同研究] Joint ALMA Observatory(チリ)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] Joint ALMA observatory/European Southern Observatory(チリ)
• [国際共同研究] National Radio Astronomy Observatory/University of Virginia/New Mexico Inst. of Mining and Tech.(米国)
• [国際共同研究] Max Planck Institute for Radio Astronomy/University of Bonn(ドイツ)
• [国際共同研究] Chalmers Institute of Technology(スウェーデン)
• [国際共同研究] Leiden University(オランダ)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] The ALCHEMI Atlas: Principal Component Analysis Reveals Starburst Evolution in NGC 253 (2024)
  • 著者名/発表者名: Harada N.、Meier D.、Martin S.、Muller S.、Sakamoto K.、Saito T.、Gorski M.、Henkel C.、Tanaka K.、Mangum J.、Aalto S.、Aladro R.、Bouvier M.、Colzi L.、Emig K.、Herrero-Illana R.、Huang K.-Y.、Kohno K.、Koenig S.、Nakanishi K.、Nishimura Y.、Takano S.、Rivilla V.、Viti S.、Watanabe Y.、van der Werf P.、Yoshimura Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 271 号: 2 ページ: 38-38
  • DOI: 10.3847/1538-4365/ad1937
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A spectacular galactic scale magnetohydrodynamic powered wind in ESO 320-G030 (2024)
  • 著者名/発表者名: Gorski M. D.、Aalto S.、Konig S.、Wethers C. F.、Yang C.、Muller S.、Onishi K.、Sato M.、Falstad N.、Mangum J. G.、Linden S. T.、Combes F.、Martin S.、Imanishi M.、Wada K.、Barcos-Munoz L.、Stanley F.、Garcia-Burillo S.、van der Werf P. P.、Evans A. S.、Henkel C.、Viti S.、Harada N.、 et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 684 ページ: L11-L11
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202348821
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The ALMaQUEST Survey. XII. Dense Molecular Gas as Traced by HCN and HCO⁺ in Green Valley Galaxies (2024)
  • 著者名/発表者名: Lin Lihwai、Pan Hsi-An、Ellison Sara L.、Harada Nanase、Jimenez-Donaire Maria J.、French K. Decker、Baker William M.、Hsieh Bau-Ching、Koyama Yusei、Lopez-Coba Carlos、Michiyama Tomonari、Rowlands Kate、Sanchez Sebastian F.、Thorp Mallory D.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 963 号: 2 ページ: 115-115
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad18b9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Volume Density Structure of the Central Molecular Zone NGC 253 through ALCHEMI Excitation Analysis (2024)
  • 著者名/発表者名: Tanaka K.、Mangum J. G.、Viti S.、Martin S.、Harada N.、Sakamoto K.、Muller S.、Yoshimura Y.、Nakanishi K.、Herrero-Illana R.、Emig K. L.、Muehle S.、Kaneko H.、Tosaki T.、Behrens E.、Rivilla V. M.、Colzi L.、Nishimura Y.、Humire P. K.、Bouvier M.、Huang K.-Y.、Butterworth J.、Meier D. S.、van der Werf P. P.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 961 号: 1 ページ: 18-18
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad0e64
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Physical Properties of the Southwest Outflow Streamer in the Starburst Galaxy NGC 253 with ALCHEMI (2024)
  • 著者名/発表者名: Bao, M; Harada, N; Kohno, K; Yoshimura, Y; Egusa, F; Nishimura, Y; Tanaka, K; Nakanishi, K; Martin, S; Mangum, J; Sakamoto, K; Muller, S; et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 受理済
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CON-quest II. Spatially and spectrally resolved HCN/HCO+ line ratios in local luminous and ultraluminous infrared galaxies (2024)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, Y.; Aalto, S.; Gorski, M. D.; Konig, S. ; Onishi, K. ; Wethers, C. ; Yang, C.; Barcos-Munoz, L. ; Combes, F. ; Diaz-Santos, T. ; Gallagher, J. S. ; Garcia-Burillo, S. ; Gonzalez-Alfonso, E. ; Greve, T. R. ; Harada, N. ; Henkel, C. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 受理済
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular isotopologue measurements toward super star clusters and the relation to their ages in NGC253 with ALCHEMI (2024)
  • 著者名/発表者名: Butterworth, J.; Viti, S.; Van der Werf, P. P.; Mangum, J. G.; Martin, S.; Harada, N.; Emig, K. L.; Muller, S.; Sakamoto, K.; Yoshimura, Y.; Tanaka, K.; Herrero-Illana, R.; Colzi, L.; Rivilla, V. M.; Huang, K. Y.; Bouvier, M.; Behrens, E.; Henkel, C.; Yan, Y. T.; Meier, D. S.; Zhou, D.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 受理済
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A temperature or FUV tracer? The HNC/HCN ratio in M83 on the GMC scale (2024)
  • 著者名/発表者名: Nanase Harada, Toshiki Saito, Yuri Nishimura, Yoshimasa Watanabe, Kazushi Sakamoto
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 受理済
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular Abundance of the Circumnuclear Region Surrounding an Active Galactic Nucleus in NGC 1068 Based on an Imaging Line Survey in the 3 mm Band with ALMA (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Taku、Takano Shuro、Tosaki Tomoka、Taniguchi Akio、Harada Nanase、Saito Toshiki、Imanishi Masatoshi、Nishimura Yuri、Izumi Takuma、Tamura Yoichi、Kohno Kotaro、Herbst Eric
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 955 号: 1 ページ: 27-27
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ace4c7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Diverse Molecular Structures Across The Whole Star-Forming Disk of M83: High fidelity Imaging at 40pc Resolution (2023)
  • 著者名/発表者名: Koda, Jin ; Hirota, Akihiko ; Egusa, Fumi ; Sakamoto, Kazushi ; Sawada, Tsuyoshi ; Heyer, Mark ; Baba, Junichi ; Boissier, Samuel ; Calzetti, Daniela ; Donovan Meyer, Jennifer ; Elmegreen, Bruce G. ; Gil de Paz, Armando ; Harada, Nanase et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reconstructing the shock history in the CMZ of NGC 253 with ALCHEMI (2023)
  • 著者名/発表者名: Huang, K. -Y. ; Viti, S. ; Holdship, J. ; Mangum, J. G. ; Marti;n, S. ; Harada, N. et al.
  • 雑誌名: Astronomy and Astrophysics 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energizing Star Formation: The Cosmic-Ray Ionization Rate in NGC 253 Derived from ALCHEMI Measurements of H3O+ and SO (2022)
  • 著者名/発表者名: Holdship Jonathan、Mangum Jeffrey G.、Viti Serena、Behrens Erica、Harada Nanase、Martin Sergio、Sakamoto Kazushi、Muller Sebastien、Tanaka Kunihiko、Nakanishi Kouichiro、Herrero-Illana Ruben、Yoshimura Yuki、Aladro Rebeca、Colzi Laura、Emig Kimberly L.、Henkel Christian、Nishimura Yuri、他2名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 931 号: 2 ページ: 89-89
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac6753
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Methanol masers in NGC 253 with ALCHEMI (2022)
  • 著者名/発表者名: Humire P. K.、Henkel C.、Hernandez-Gomez A.、Martin S.、Mangum J.、Harada N.、Muller S.、Sakamoto K.、Tanaka K.、Yoshimura Y.、Nakanishi K.、Muehle S.、Herrero-Illana R.、Meier D. S.、Caux E.、Aladro R.、Mauersberger R.、Viti S.、Colzi L.、Rivilla V. M.、Gorski M.、Menten K. M.、Huang K.-Y.、Aalto S.、他2名
  • 雑誌名: Astronomy and Astrophysics 巻: 663 ページ: A33-A33
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202243384
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] AGN-driven Cold Gas Outflow of NGC 1068 Characterized by Dissociation-Sensitive Molecules (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Saito, Shuro Takano, Nanase Harada, Taku Nakajima, Eva Schinnerer, Daizhong Liu, Akio Taniguchi, Takuma Izumi, Yumi Watanabe, Kazuharu Bamba, Kotaro Kohno, Yuri Nishimura, Sophia Stuber, Tomoka Tosaki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 935 号: 2 ページ: 155-155
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac80ff
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ALCHEMI Finds a “Shocking” Carbon Footprint in the Starburst Galaxy NGC 253 (2022)
  • 著者名/発表者名: Harada Nanase、Martin Sergio、Mangum Jeffrey G.、Sakamoto Kazushi、Muller Sebastien、Rivilla Victor M.、Henkel Christian、Meier David S.、Colzi Laura、Yamagishi Mitsuyoshi、Tanaka Kunihiko、Nakanishi Kouichiro、Herrero-Illana Ruben、Yoshimura Yuki、Humire P. K.、Aladro Rebeca、van der Werf Paul P.、Emig Kimberly L.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 938 号: 1 ページ: 80-80
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac8dfc
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tracing Interstellar Heating: An ALCHEMI Measurement of the HCN Isomers in NGC 253 (2022)
  • 著者名/発表者名: Behrens Erica、Mangum Jeffrey G.、Holdship Jonathan、Viti Serena、Harada Nanase、Martin Sergio、Sakamoto Kazushi、Muller Sebastien、Tanaka Kunihiko、Nakanishi Kouichiro、Herrero-Illana Ruben、Yoshimura Yuki、Aladro Rebeca、Colzi Laura、Emig Kimberly L.、Henkel Christian、Huang Ko-Yun、Humire P. K.、他3名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 939 号: 2 ページ: 119-119
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac91ce
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First extragalactic detection of a phosphorus-bearing molecule with ALCHEMI: Phosphorus nitride (PN) (2022)
  • 著者名/発表者名: Haasler D.、Rivilla V. M.、Martin S.、Holdship J.、Viti S.、Harada N.、Mangum J.、Sakamoto K.、Muller S.、Tanaka K.、Yoshimura Y.、Nakanishi K.、Colzi L.、Hunt L.、Emig K. L.、Aladro R.、Humire P.、Henkel C.、van der Werf P.
  • 雑誌名: Astronomy and Astrophysics 巻: 659 ページ: A158-A158
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202142032
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Kiloparsec-scale Neutral Atomic Carbon Outflow in the Nearby Type 2 Seyfert Galaxy NGC 1068: Evidence for Negative AGN Feedback (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Saito, Shuro Takano, Nanase Harada, Taku Nakajima, Eva Schinnerer, Daizhong Liu, Akio Taniguchi, Takuma Izumi, Yumi Watanabe, Kazuharu Bamba, Eric Herbs, Kotaro Kohno, Yuri Nishimura, Sophia Stuber, Yoichi Tamura, and Tomoka Tosaki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 927 号: 2 ページ: L32-L32
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac59ae
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] APEX and NOEMA observations of H2S in nearby luminous galaxies and the ULIRG Mrk 231 (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato M. T.、Aalto S.、Kohno K.、Koenig S.、Harada N.、Viti S.、Izumi T.、Nishimura Y.、Gorski M.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 660 ページ: A82-A82
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141260
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Starburst Energy Feedback Seen through HCO+/HOC+ Emission in NGC 253 from ALCHEMI (2021)
  • 著者名/発表者名: Harada Nanase、Martin Sergio、Mangum Jeffrey G.、Sakamoto Kazushi、Muller Sebastien、Tanaka Kunihiko、Nakanishi Kouichiro、Herrero-Illana Rubin、Yoshimura Yuki、Muehle Stefanie、Aladro Rebeca、Colzi Laura、Rivilla Victor M.、Aalto Susanne、Behrens Erica、Henkel Christian、Holdship Jonathan、Humire P. K.他
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 923 号: 1 ページ: 24-24
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac26b8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The distribution and origin of C2H in NGC 253 from ALCHEMI (2021)
  • 著者名/発表者名: Holdship J.、Viti S.、Martin S.、Harada N.、Mangum J.、Sakamoto K.、Muller S.、Tanaka K.、Yoshimura Y.、Nakanishi K.、Herrero-Illana R.、Muehle S.、Aladro R.、Colzi L.、Emig K. L.、Garcia-Burillo S.、Henkel C.、Humire P.、Meier D. S.、Rivilla V. M.、van der Werf P.
  • 雑誌名: Astronomy and Astrophysics 巻: 654 ページ: A55-A55
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141233
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Towards the prediction of molecular parameters from astronomical emission lines using Neural Networks (2021)
  • 著者名/発表者名: Barrientos Alejandro、Holdship Jonathan、Solar Mauricio、Martin Sergio、Rivilla Victor M.、Viti Serena、Mangum Jeff、Harada Nanase、Sakamoto Kazushi、Muller Sebastien、Tanaka Kunihiko、Yoshimura Yuki、Nakanishi Kouichiro、Herrero-Illana Ruben、Muehle Stefanie、Aladro Rebeca、Aalto Susanne, Henkel Christian他
  • 雑誌名: Experimental Astronomy 巻: 52 号: 1-2 ページ: 157-182
  • DOI: 10.1007/s10686-021-09786-w
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ALCHEMI, an ALMA Comprehensive High-resolution Extragalactic Molecular Inventory (2021)
  • 著者名/発表者名: Martin S.、Mangum J. G.、Harada N.、Costagliola F.、Sakamoto K.、Muller S.、Aladro R.、Tanaka K.、Yoshimura Y.、Nakanishi K.、Herrero-Illana R.、Muehle S.、Aalto S.、Behrens E.、Colzi L.、Emig K. L.、Fuller G. A.、Garcia-Burillo S.、Greve T. R.、Henkel C.、Holdship J.、Humire P.、Hunt L.、Izumi T.、Kohno K.他
  • 雑誌名: Astronomy and Astrophysics 巻: 656 ページ: A46-A46
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141567
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deeply Buried Nuclei in the Infrared-luminous Galaxies NGC 4418 and Arp 220. I. ALMA Observations at λ = 1.4-0.4 mm and Continuum Analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto Kazushi、Gonzalez-Alfonso Eduardo、Martin Sergio、Wilner David J.、Aalto Susanne、Evans Aaron S.、Harada Nanase
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 923 号: 2 ページ: 206-206
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac2746
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Deeply Buried Nuclei in the Infrared-luminous Galaxies NGC 4418 and Arp 220. II. Line Forests at λ = 1.4-0.4 mm and Circumnuclear Gas Observed with ALMA (2021)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto Kazushi、Martin Sergio、Wilner David J.、Aalto Susanne、Evans Aaron S.、Harada Nanase
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 923 号: 2 ページ: 240-240
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac29bf
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Molecular Cloud Evolution, Feedback, and Astrochemistry in Nearby Galaxies (2023)
  • 著者名/発表者名: Nanase Harada
  • 学会等名: New Eyes on the Universe: ngVLA and SKA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A statistical study of molecular emission in the starburst galaxy NGC 253 using PCA (2023)
  • 著者名/発表者名: 原田ななせ, David Meier, Sergio Martin, Sebastian Muller, Toshiki Saito, ALCHEMI collaboration
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
• [学会発表] Chemistry and molecular cloud properties in nearby galaxies (2022)
  • 著者名/発表者名: 原田ななせ
  • 学会等名: Physics and Chemistry of Star Formation The Dynamical ISM Across Time and Spatial Scales
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chemical models for external galaxies (2022)
  • 著者名/発表者名: 原田ななせ
  • 学会等名: Molecules in Extreme Environments: Near and Far
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Proposing and managing the large program ALCHEMI (2022)
  • 著者名/発表者名: 原田ななせ
  • 学会等名: East Asian ALMA Science Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 銀河の中の星工場―分子で見る繁忙期の製造ライン
  • URL: https://alma-telescope.jp/news/starfactory-202403?doing_wp_cron=1715159431.9163310527801513671875