すばるPFSの大規模分光探査による銀河形成史の観測的研究

• 研究課題/領域番号: 22K03670
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 小野 宜昭 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (60631116)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2025年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
• キーワード: 銀河進化 / 銀河形成 / 高赤方偏移銀河 / 多波長観測 / 光学赤外線天文学 / すばる望遠鏡

研究開始時の研究の概要

すばる望遠鏡の超広視野カメラHSCと多天体分光器PFSを用いた撮像・分光深宇宙探査は，高い感度で従来の10-100倍の広領域をカバーする革新的な超大型観測研究である．研究代表者らは先行するHSC撮像探査に基づき，赤方偏移z~4にある明るい遠方銀河の個数密度が近傍宇宙での観測から期待される関数形に対して超過している可能性を指摘した．このことは，遠方宇宙において銀河進化を理解する上で鍵となる星形成抑制フィードバックの効果が限定的であることを示唆しているが，HSC撮像だけでは大きな系統的不定性が残されている．本研究は残るPFS分光探査によって，撮像だけでは解決できないこの新たな課題に取り組む．

研究実績の概要

今年度は引き続きジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）による深宇宙探査データをもとに高赤方偏移にある銀河の形態を調べた．まず，赤方偏移4から10程度にある149個の銀河（うち29個は分光同定されている）について，静止系紫外光および可視光の高分解能NIRCam撮像データに対して表面輝度プロファイルフィッティングを行なって，それらのサイズ（半光度半径）を求めた．フィッティング自体の不定性だけでなく，AGNや銀河間相互作用の影響，過去の研究との比較の際の空間分解能の違い，静止系可視にあるHaや[OIII]といった強い輝線の影響などによる系統的な不定性も丁寧に考慮した．解析の結果，高赤方偏移銀河の静止系可視（UV）でのサイズは0.05-1.6 kpc（0.03-1.7 kpc）であり，それらのサイズ比は1と矛盾しないことがわかった．また，静止系可視とUVでの位置の間に有意なオフセットはないこともわかった．これらのことから，高赤方偏移銀河において可視光を占める比較的軽い星は大部分が星形成領域に分布していて，UVを占める重い星の分布とよく似ており，高赤方偏移銀河は十分に若い銀河種族であることが示唆される．つまり高赤方偏移銀河は，赤方偏移0-2程度にある銀河が示しているようなinside-outな銀河進化の兆候が見える前の，銀河進化の初期段階にあると考えられる．これらの成果をまとめた論文を査読雑誌に投稿し，研究会などで発表した．さらに，すばる望遠鏡の多天体分光器PFSによる分光深宇宙探査に向け，広視野カメラHSCによる最新データをもとにした遠方銀河サンプルの更新を報告した論文を出版した．

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初予期されていなかったすばる望遠鏡などのトラブルによりPFS探査の開始は遅れている．ただ，JWSTによる深宇宙探査データは順調に取得され続けたため，昨年度の成果を進展させた高赤方偏移銀河の形態研究に取り組むことができた．

今後の研究の推進方策

すばるPFS探査が開始されたら，そのデータ解析に取り組み高赤方偏移銀河の検出を目指したい．また並行してJWSTなどによる深宇宙探査データの解析も随時進めていきたい．

研究成果

• [国際共同研究] Georgia Institute of Technology(米国)
• [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] "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] The Stellar Mass - Black Hole Mass Relation at z~2 down to M_BH~10^7M_sun Determined by HETDEX (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhang Yechi、Ouchi Masami、Gebhardt Karl、Liu Chenxu、Harikane Yuichi、Cooper Erin Mentuch、Davis Dustin、Farrow Daniel J.、Gawiser Eric、Hill Gary J.、Kollatschny Wolfram、Ono Yoshiaki、Schneider Donald P.、Finkelstein Steven L.、Gronwall Caryl、Jogee Shardha、Krumpe Mirko
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 948 号: 2 ページ: 103-103
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acc2c2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cosmological-scale Lyα Forest Absorption around Galaxies and AGNs Probed with the HETDEX and SDSS Spectroscopic Data (2023)
  • 著者名/発表者名: Sun Dongsheng、Mawatari Ken、Ouchi Masami、Ono Yoshiaki、Yajima Hidenobu、Zhang Yechi、Abe Makito、Bowman William P.、Cooper Erin Mentuch、Davis Dustin、Farrow Daniel J.、Gebhardt Karl、Hill Gary J.、Liu Chenxu、Schneider Donald P.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 951 号: 1 ページ: 25-25
  • DOI: 10.3847/1538-4357/accf88
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Morphologies of Galaxies at z>9 Uncovered by JWST/NIRCam Imaging: Cosmic Size Evolution and an Identification of an Extremely Compact Bright Galaxy at z~12 (2023)
  • 著者名/発表者名: Ono Yoshiaki、Harikane Yuichi、Ouchi Masami、Yajima Hidenobu、Abe Makito、Isobe Yuki、Shibuya Takatoshi、Wise John H.、Zhang Yechi、Nakajima Kimihiko、Umeda Hiroya
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 951 号: 1 ページ: 72-72
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acd44a
  • 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] Photometric IGM tomography with Subaru/HSC: the large-scale structure of Lya emitters and IGM transmission in the COSMOS field at z~5 (2023)
  • 著者名/発表者名: Kakiichi Koki、Hennawi Joseph F、Ono Yoshiaki、Inoue Akio K、Ouchi Masami、Ellis Richard S、Meyer Romain A、Bosman Sarah I
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 523 号: 2 ページ: 1772-1798
  • DOI: 10.1093/mnras/stad1376
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] "SILVERRUSH. XIII. A Catalog of 20,567 Lyホア Emitters at z = 2-7 Identified in the Full-depth Data of the Subaru/HSC-SSP and CHORUS Surveys" (2023)
  • 著者名/発表者名: "Kikuta, Satoshi; Ouchi, Masami; Shibuya, Takatoshi; Liang, Yongming; Umeda, Hiroya; Matsumoto, Akinori; Shimasaku, Kazuhiro; Harikane, Yuichi; Ono, Yoshiaki; Inoue, Akio K.; Yamanaka, Satoshi; Kusakabe, Haruka; Momose, Rieko; Kashikawa, Nobunari; Matsuda, Yuichi; Lee, Chien-Hsiu"
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: Volume 268 号: 1 ページ: 24-24
  • DOI: 10.3847/1538-4365/ace4cb
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Redshift Evolution of Electron Density in the Interstellar Medium at z~0-9 Uncovered with JWST/NIRSpec Spectra and Line-spread Function Determinations (2023)
  • 著者名/発表者名: Isobe Yuki、Ouchi Masami、Nakajima Kimihiko、Harikane Yuichi、Ono Yoshiaki、Xu Yi、Zhang Yechi、Umeda Hiroya
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 956 号: 2 ページ: 139-139
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acf376
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] FOREVER22: the first bright galaxies with Population III stars at redshifts z~10-20 and comparisons with JWST data (2023)
  • 著者名/発表者名: Yajima Hidenobu、Abe Makito、Fukushima Hajime、Ono Yoshiaki、Harikane Yuichi、Ouchi Masami、Hashimoto Takuya、Khochfar Sadegh
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 525 号: 4 ページ: 4832-4839
  • DOI: 10.1093/mnras/stad2497
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A JWST/NIRSpec First Census of Broad-line AGNs at z = 4-7: Detection of 10 Faint AGNs with M_BH~10^6-10^8 M_sun and Their Host Galaxy Properties (2023)
  • 著者名/発表者名: Harikane Yuichi、Zhang Yechi、Nakajima Kimihiko、Ouchi Masami、Isobe Yuki、Ono Yoshiaki、Hatano Shun、Xu Yi、Umeda Hiroya
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 959 号: 1 ページ: 39-39
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad029e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] JWST Identification of Extremely Low C/N Galaxies with [N/O] > 0.5 at z ~ 6-10 Evidencing the Early CNO-cycle Enrichment and a Connection with Globular Cluster Formation (2023)
  • 著者名/発表者名: Isobe Yuki、Ouchi Masami、Tominaga Nozomu、Watanabe Kuria、Nakajima Kimihiko、Umeda Hiroya、Yajima Hidenobu、Harikane Yuichi、Fukushima Hajime、Xu Yi、Ono Yoshiaki、Zhang Yechi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 959 号: 2 ページ: 100-100
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad09be
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] JWST Census for the Mass-Metallicity Star Formation Relations at z = 4-10 with Self-consistent Flux Calibration and Proper Metallicity Calibrators (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Kimihiko、Ouchi Masami、Isobe Yuki、Harikane Yuichi、Zhang Yechi、Ono Yoshiaki、Umeda Hiroya、Oguri Masamune
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 269 号: 2 ページ: 33-33
  • DOI: 10.3847/1538-4365/acd556
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pure Spectroscopic Constraints on UV Luminosity Functions and Cosmic Star Formation History from 25 Galaxies at z_spec = 8.61-13.20 Confirmed with JWST/NIRSpec (2023)
  • 著者名/発表者名: Harikane Yuichi、Nakajima Kimihiko、Ouchi Masami、Umeda Hiroya、Isobe Yuki、Ono Yoshiaki、Xu Yi、Zhang Yechi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 960 号: 1 ページ: 56-56
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad0b7e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Comprehensive Study of Galaxies at z >~ 9 ~ 16 Found in the Early JWST Data: Ultraviolet Luminosity Functions and Cosmic Star Formation History at the Pre-reionization Epoch (2023)
  • 著者名/発表者名: Harikane Yuichi、Ouchi Masami、Oguri Masamune、Ono Yoshiaki、Nakajima Kimihiko、Isobe Yuki、Umeda Hiroya、Mawatari Ken、Zhang Yechi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 265 号: 1 ページ: 5-5
  • DOI: 10.3847/1538-4365/acaaa9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Third data release of the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (2022)
  • 著者名/発表者名: Aihara Hiroaki et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 74 号: 2 ページ: 247-272
  • DOI: 10.1093/pasj/psab122
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] EMPRESS. VII. Ionizing Spectrum Shapes of Extremely Metal-poor Galaxies: Uncovering the Origins of Strong He ii and the Impact on Cosmic Reionization (2022)
  • 著者名/発表者名: Umeda Hiroya、Ouchi Masami、Nakajima Kimihiko、Isobe Yuki、Aoyama Shohei、Harikane Yuichi、Ono Yoshiaki、Matsumoto Akinori
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 930 号: 1 ページ: 37-37
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac602d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SILVERRUSH. XII. Intensity Mapping for Lyα Emission Extending over 100-1000 Comoving Kpc around z~2-7 LAEs with Subaru HSC-SSP and CHORUS Data (2022)
  • 著者名/発表者名: Kikuchihara Shotaro、Harikane Yuichi、Ouchi Masami、Ono Yoshiaki、Shibuya Takatoshi、Itoh Ryohei、Kakuma Ryota、Inoue Akio K.、Kusakabe Haruka、Shimasaku Kazuhiro、Momose Rieko、Sugahara Yuma、Kikuta Satoshi、Saito Shun、Kashikawa Nobunari、Zhang Haibin、Lee Chien-Hsiu
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 931 号: 2 ページ: 97-97
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac69de
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First Identification of a CMB Lensing Signal Produced by 1.5 Million Galaxies at z~4: Constraints on Matter Density Fluctuations at High Redshift (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyatake Hironao、Harikane Yuichi、Ouchi Masami、Ono Yoshiaki、Yamamoto Nanaka、Nishizawa Atsushi J.、Bahcall Neta、Miyazaki Satoshi、Malag?n Andr?s A. Plazas
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 129 号: 6 ページ: 061301-061301
  • DOI: 10.1103/physrevlett.129.061301
  • 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] A Wide and Deep Exploration of Radio Galaxies with Subaru HSC (WERGS). IX. The most overdense region at <i>z</i> ? 5 inhabited by a massive radio galaxy (2022)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama Hisakazu、Yamashita Takuji、Nagao Tohru、Ono Yoshiaki、Toshikawa Jun、Ichikawa Kohei、Kawakatu Nozomu、Kajisawa Masaru、Toba Yoshiki、Matsuoka Yoshiki、Kubo Mariko、Imanishi Masatoshi、Ito Kei、Kawaguchi Toshihiro、Lee Chien-Hsiu、Saito Tomoki
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 74 号: 6 ページ: 27-32
  • DOI: 10.1093/pasj/psac075
  • 査読あり / オープンアクセス / 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
• [学会発表] Census for the Rest-frame Optical and UV Morphologies of Galaxies at z=4-10: First Phase of Inside-Out Galaxy Formation (2024)
  • 著者名/発表者名: 小野宜昭
  • 学会等名: 日本天文学会2024年春季年会
• [学会発表] Morphologies of Galaxies at z>~9 Uncovered by JWST/NIRCam Imaging (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Ono
  • 学会等名: Resolving the Extragalactic Universe with ALMA and JWST
  • 国際学会
• [学会発表] Morphologies of Galaxies at z~9-16 Uncovered by JWST/NIRCam Imaging (2023)
  • 著者名/発表者名: 小野宜昭
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] Morphologies of Galaxies at z~=9-17 Uncovered by JWST/NIRCam Imaging (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Ono
  • 学会等名: France-Japan Galaxy Formation Workshop
  • 国際学会