電波および赤外線観測で切り拓く銀河系外縁部の星間化学

• 研究領域: 新しい星形成論によるパラダイムシフト：銀河系におけるハビタブル惑星系の開拓史解明
• 研究課題/領域番号: 19H05067
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 下西 隆 新潟大学, 研究推進機構, 助教 (80725599)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 星間化学 / 星間分子 / 原始星 / 星形成 / 銀河系外縁部 / アルマ / 電波天文学 / 赤外線天文学 / 有機分子

研究開始時の研究の概要

天の川銀河にはこれまでに多種多様な星間分子が発見されており、その中には水や大型有機分子などの生命にとって不可欠な分子種も含まれている。誕生直後、バリオン物質としてはほぼ水素とヘリウムだけで構成されていた宇宙が、現在のような化学的に豊かな状態に至る過程の理解は、現代天文学における最重要課題の一つである。本研究では、過去の宇宙の始原的な環境を残す銀河系外縁部における星間物質の観測的研究によりこの課題に挑戦する。

研究実績の概要

銀河系最外縁部の星形成領域の原始星に付随する星間物質の化学的性質を観測的に明らかにすることを目的としている。我々の住む銀河系の最外縁部は、その低い金属量環境のため、銀河系形成初期の原始的な環境を残すと考えられており、過去の低金属量宇宙における星形成過程・物質進化過程を探る上で重要な研究対象である。本年度の研究では、アルマ望遠鏡による銀河系最外縁部の星形成領域に対する高感度・高空間分解能サブミリ波観測データの詳細な解析を行った。ここで発見された天体に付随する分子ガスの物理・化学状態の診断に基づき、この天体が星形成の途上で出現するホットコアと呼ばれる暖かい分子ガスに包まれた段階の原始星であることを明らかにした。銀河系最外縁部においてこのような極めて豊かな化学組成を持つ原始星の発見を報告したのは本研究が初めてであり、銀河系最外縁部の原始的な環境下においても星・惑星材料物質の化学的複雑性が存在することが明らかになった。本研究成果は、新潟大学・国立天文台・台湾中央研究院天文及天文物理研究所より共同でプレスリリースを行い、アウトリーチ活動を通した成果の社会還元も行った。また、本研究の結果をより多くの外縁部星形成領域に拡張するため、研究協力者らと連携してアルマ望遠鏡及びジェミナイ南望遠鏡による新たな電波・赤外線観測を提案し、これらが採択された。ここで得られるデータは今後のより発展的な研究へとつながることが期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ASIAA(台湾)
• [国際共同研究] Indian Centre for Space Physics(インド)
• [国際共同研究] Indian Centre for Space Physics(インド)
• [国際共同研究] ハワイ大学/NASA(米国)
• [雑誌論文] The Detection of a Hot Molecular Core in the Extreme Outer Galaxy (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashi Shimonishi, Natsuko Izumi, Kenji Furuya, Chikako Yasui
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 922 号: 2 ページ: 206-206
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac289b
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of two infrared objects with strong ice absorption in the AKARI slitless spectroscopic survey of the Galactic Plane (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Onaka, T. Kimura, I. Sakon, and T. Shimonishi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 916 号: 2 ページ: 75-75
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0531
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of Methyl Isocyanate and Other Complex Organic Molecules in a Hot Molecular Core, G31.41+0.31 (2021)
  • 著者名/発表者名: Gorai Prasanta, Das Ankan, Shimonishi Takashi, Sahu Dipen, Mondal Suman Kumar, Bhat Bratati, Chakrabarti Sandip K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 907 号: 2 ページ: 108-108
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abc9c4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chemistry and physics of a low-metallicity hot core in the Large Magellanic Cloud (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimonishi, T., Das, A., Sakai, N., Tanaka, K. E. I., Aikawa, Y., Onaka, T., Watanabe, Y., and Nishimura, Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 891 号: 2 ページ: 164-164
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab6e6b
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Complex Organic Molecules in Star-Forming Regions of the Magellanic Clouds (2019)
  • 著者名/発表者名: Marta Sewilo, Steven B. Charnley, Peter Schilke, Vianney Taquet, Joana M. Oliveira, Takashi Shimonishi, Eva Wirstrom, Remy Indebetouw, Jacob L. Ward, Jacco Th. van Loon, Jennifer Wiseman, Sarolta Zahorecz, Toshikazu Onishi, Akiko Kawamura, C. -H. Rosie Chen, Yasuo Fukui, Roya Hamedani Golshan
  • 雑誌名: ACS Earth and Space Chemistry 巻: 3 号: 10 ページ: 2088-2109
  • DOI: 10.1021/acsearthspacechem.9b00065
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Chemical Complexity of Star-Forming Regions at Low Metallicity (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashi Shimonishi
  • 学会等名: 43rd COSPAR Scientific Assembly
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] From Ice to Gas: Astrochemical perspective in the JWST era and the synergy with ALMA (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashi Shimonishi
  • 学会等名: ALMA/45m/ASTE Users Meeting FY2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ALMA Discovery of Chemical Complexity at the Edge of our Galaxy (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashi Shimonishi
  • 学会等名: Workshop on Interstellar Matter 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Discovery of a Hot Molecular Core at the Edge of the Galaxy (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashi Shimonishi
  • 学会等名: Astrochemical Frontiers 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Astrochemistry at the Extreme Outer Galaxy (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashi Shimonishi
  • 学会等名: Molecular gas observations toward the Local Group and the outer Milky Way
  • 国際学会
• [学会発表] ALMA View of Chemistry of Hot Molecular Cores at Low Metallicity (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashi Shimonishi
  • 学会等名: East-Asian ALMA Science Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 星形成領域の星間氷観測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 下西隆
  • 学会等名: 第36回Grain Formation Workshop
• [学会発表] SPICA observations of interstellar chemistry at low metallicity (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Shimonishi
  • 学会等名: Exploring the Infrared Universe: The Promise of SPICA
  • 国際学会
• [学会発表] 広視野赤外観測による近傍星形成銀河内の原始星探査 (2019)
  • 著者名/発表者名: 下西隆
  • 学会等名: (近)赤外線広視野サイエンスワークショップ ~2020年代に我々はどう主導権を確保するか？
  • 招待講演
• [学会発表] NIR-MIR-Radio Spectroscopic Study of Astrochemistry at Low Metallicity (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Shimonishi
  • 学会等名: Mid-infrared Astronomy -Past 20 years and Future 20 years
  • 国際学会
• [学会発表] Physics and Chemistry of a Low-Metallicity Hot Molecular Core in the LMC (2019)
  • 著者名/発表者名: 下西隆
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
• [備考] International Press Release
  • URL: https://www.niigata-u.ac.jp/en/news/10259/
• [備考] プレスリリース
  • URL: https://www.niigata-u.ac.jp/news/2021/97383/