ＡＬＭＡで探る遠方宇宙のダスト放射ー銀河形成に残されたフロンティア

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16J02344
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤本 征史 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2016-04-22 – 2019-03-31
• キーワード: 遠方銀河 / 銀河形成 / 銀河進化

研究実績の概要

私は、ALMAの公開されたアーカイブデータを継続的に集め、修士・博士課程で培った解析技術を生かして、世界最大規模のsubmm/mm波帯天体サンプルを構築しました。同時に、こうした大量のデータを重ね合わせることで、より深いデータとともに平均的な描像を得るスタッキング解析を進め、遠方銀河の形態学に新たな発見をもたらしました。成果は以下に述べる2点です。1) 遠方星形成銀河は静止系可視で見られる銀河円盤の内側には小さいダストに覆われた円盤形状の構造が内包されており、さらに中心部では活動銀河核のコンパクトで明るい構造が見られたこと、2) 星形成銀河における星形成分布から星分布の進化過程をおうと、成長後の姿として知られる楕円銀河の形態が再現できなかったこと。以上の結果は、多波長で相補的かつ統一的に遠方銀河の性質を調べることで初めて見えてきた、銀河の形態進化に迫る重要な結果として、論文にまとめAstrophysical Journal に投稿、現在審査中です。

また、私はすばる超広視野カメラ(HSC)で見つかってきている赤方偏移4から6における原始銀河団のsubmm/mm波帯追観測に大きく貢献しています。12月には研究代表者として採択されたJCMT/SCUBA2を用いたハワイでの観測業務に臨み、赤方偏移5における原始銀河団に潜む爆発的星形成銀河探査を行いました。無事良質なデータが取れ、現在データ解析中です。また赤方偏移6の原始銀河団に対するsubmm/mm波帯ALMAの観測提案も研究代表者として採択されました。他にも新たに3本のALMA観測提案を研究代表者として提出するなど、精力的に研究に取り組みました。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

銀河サイズや形態は銀河進化を理解する上で重要です。これまでの静止系紫外-可視における研究では遠方銀河において、星形成銀河とその後の成長段階と考えられる星形成休止銀河では、後者はよりコンパクトで、星分布が中央集中していることがわかっていました。一方で、銀河進化に最も寄与すると考えられる星形成活動が活発なところでは、放出されるダストにより静止系紫外線は吸収され遠赤外帯で再放射されるので、遠赤外帯で銀河の形態を正しくとらえることが必要です。

そこで私は、多波長データがそろった有名天域をALMA 1mm帯で広範にわたって均一なマッピングを行うサーベイ (PI: 河野孝太郞氏) において、静止系紫外/可視/遠赤外帯それぞれで遠方銀河のサイズや形態を明らかにして、相補的に遠方銀河のサイズ・形態進化を調べるプロジェクトを立ち上げました。我々がALMAのアーカイブデータから構築した、大規模のsubmm/mm波帯銀河サンプルからもこの研究に適したサンプルを抽出しました。結果、世界に先駆けてより明るい銀河から暗い銀河まで網羅的、かつ統一的な手法によって遠方銀河のサイズ・形態進化について研究を進め、以下 2点の発見をもたらしました。 1) 遠方星形成銀河は静止系可視で見られる銀河円盤の内側には小さいダストに覆われた円盤形状の構造が内包されており、さらに中心部では活動銀河核のコンパクトで明るい構造が見られたこと、2) 星形成銀河における星形成分布から星分布の進化過程をおうと、成長後の姿として知られる楕円銀河の形態が再現できなかったこと。 以上の結果は、多波長で相補的かつ統一的に調べることで初めて見えてきた、銀河の形態進化に迫る重要な結果として、論文にまとめAstrophysical Journal に投稿、現在審査中です。

今後の研究の推進方策

引き続きALMAのアーカイブデータを精力的に集め続けることで構築される, 大規模ミリ波天体サンプルを元に研究実施計画で述べている課題1) 最も暗い(<0.01mJy)天体の検出を行う予定です。アーカイブデータを集める以外にも, こうした最も暗い天体検出を目指したALMA観測提案書 2018.1.00075.S "ALMA Lensing Cluster Survey - Deep (ALCS-Deep): Deepest continuum/line Survey towards Abell 2744 and Abell 370"も研究代表者として提出しており, 採択され観測が行われ次第, こちらのデータも活用していく予定です。

また、私はすばる超広視野カメラ(HSC)で見つかってきている赤方偏移4から6における原始銀河団のsubmm/mm波帯追観測に大きく貢献しています。ALMAの観測提案2017.1.00531.S "ALMA Exploration for z=5.69, 6.01, and 6.57 Protoclusters"も研究代表者として提出・採択されており, 観測が行われ次第, こちらのデータも活用しながら研究を進めていく予定です。

研究成果

• [雑誌論文] ALMA 26 arcmin2 Survey of GOODS-S at One-Millimeter (ASAGAO): Average Morphology of High-z Dusty Star-Forming Galaxies is an Exponential-Disk (n~1) (2018)
  • 著者名/発表者名: Seiji Fujimoto, Masami Ouchi, Kotaro Kohno, Yuki Yamaguchi, Bunyo Hatsukade, Yoshihiro Ueda, Takatoshi Shibuya, Shigeki Inoue, Taira Oogi, Sune Toft, Carlos Gomez-Gujarro, Tao Wang, Daniel Espada, Tohru Nagao, Ichi Tanaka, and et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal (Submitted) 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Demonstrating a New Census of Infrared Galaxies with ALMA (DANCING-ALMA). I. FIR Size and Luminosity Relation at z = 0?6 Revealed with 1034 ALMA Sources (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Seiji、Ouchi Masami、Shibuya Takatoshi、Nagai Hiroshi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 850 ページ: 83～83
  • DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa93e6
  • 査読あり
• [学会発表] Average Morphology of High-z Dusty Star-Forming Galaxies is an Exponential-Disk (n~1) (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Seiji
  • 学会等名: Tokyo Spring Cosmic Lyman-alpha Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] DANCING-ALMA. I. FIR Size and Luminosity Relation at z=0-6 (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Seiji
  • 学会等名: SMG20 - Twenty years of Submillimeter Galaxies: Star-forming Galaxies at High Redshifts
  • 国際学会
• [学会発表] ALMA Demographics: FIR Size and Luminosity Relation at z=0-6 (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Seiji
  • 学会等名: ALMA WS Deep Surveys and Synergies with HST and JWST
  • 国際学会
• [学会発表] DANCING-ALMA. I. FIR Size and Luminosity Relation at z=0-6 (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Seiji
  • 学会等名: CHORUS-Galaxy-IGM Workshop