ミリ波サブミリ波帯輝線銀河の無バイアス探査に基づく隠された宇宙星形成史の研究

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H06130
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 河野 孝太郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (80321587)
• 研究分担者: 川邊 良平 国立天文台, 電波研究部, 教授 (10195141) ; 田村 陽一 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (10608764) ; 成瀬 雅人 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (10638175) ; 上田 佳宏 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10290876)
• 研究期間 (年度): 2017-05-31 – 2022-03-31
• キーワード: ミリ波サブミリ波 / 宇宙星形成史 / 輝線銀河 / ダスト / 超伝導

研究実績の概要

研究2年次となる平成30年度は、オンチップ型超伝導分光器DESHIMA（技術実証モデル）をASTE望遠鏡に搭載して前年に行った概念実証観測の成功を受け、得られた観測データの詳細な解析を進めると共に、そこで明らかになってきた技術的課題に対する検討、また、新たに得られた超伝導回路に対する知見に基づき、設計の改良や読み出し回路の設計検討および導入、またメキシコにある大型（口径50m）のミリ波望遠鏡LMTへ搭載する多画素版DESHIMA（MOSAIC）の開発を進めた。
取得した観測データの詳細解析では、観測の感度や諸特性を決めている要因の詳しい検討を行った。実測されたpoint spread function（ビーム）の形状に見出された非対称性は、常温光学系に起因することが分かった。また、1/fノイズの振る舞いが実験室での測定と異なるなどの理解も進んだ。また、解析ソフトウエア De:code の開発・実装を進めるとともに、新しい概念の分光装置を活かすための観測手法およびデータ較正手法の最適化とその実装も進めた。
こうした検討を踏まえ、改良モデルDESHIMA 2.0 の仕様を策定し、その開発を進めた。DESHIMA2.0では、220 GHzから440 GHzという1オクターブを一挙に分光する。これにより、[CII] 158um輝線を使って赤方偏移 z = 3.3 - 7.6 の範囲にあるダストに覆われた爆発的星形成銀河の分光赤方偏移を1ショットで決定できる。これはLMTへ搭載する多画素版DESHIMAの開発の基盤にもなるものである。また、メキシコ現地を訪問し、搭載に向けた関係者との討議も引き続き行った。
ALMA等を使った観測研究では、GOODS-S領域での45時間を投入した大規模掃天観測に基づく複数の論文出版に加え、多くの成果を論文として発表することができた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

オンチップ超伝導分光システムDESHIMAの技術実証モデルをASTE望遠鏡に搭載して行った試験観測のデータ解析が着実に進展しており、その成果の出版準備が進んでいる。また、望遠鏡に搭載して天体信号を受信することで明らかになった問題点や新たな知見に基づき、超伝導回路の設計改良や読み出し回路システムの導入も引き続き進んでいる。ALMAを用いた大規模な遠方銀河探査についても、重力レンズ銀河団を探査するALMA大型プログラムが採択され、データが到着し始めており、超広帯域分光システムを用いた観測と相補的な成果が着実に得られている。また、最終的に装置を持ち込む予定のメキシコを訪問し、打ち合わせを進めている。こうしたことから、本課題は着実に進展していると判断している。

今後の研究の推進方策

引き続き、ASTE望遠鏡で得た成果の論文発表を急ぐとともに、その知見を踏まえた設計の改良、また、多画素版DESHIMA（MOSAIC）の開発や、実験室での評価実験を進めていく。メキシコでの活動については、安全面を最重要なポイントとして無理はせず、慎重に進めていく予定である。

研究成果

• [国際共同研究] TU Delft/SRON/University of Groningen(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: TU Delft/SRON/University of Groningen
• [国際共同研究] University of Massachusetts/National Radio Astronomy Observatory/University of Azirona(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Massachusetts/National Radio Astronomy Observatory/University of Azirona
• [国際共同研究] University of Edinburgh(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Edinburgh
• [国際共同研究] CEA Saclay(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CEA Saclay
• [国際共同研究] INAOE(メキシコ)
  • 国名: メキシコ
  • 外国機関名: INAOE
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 5
• [雑誌論文] Complex Field Mapping of Large Direct Detector Focal Plane Arrays (2019)
  • 著者名/発表者名: Davis, Kristina K.; Yates, Stephen J. C.; Jellema, Willem; Groppi, Christopher E.; Baselmans, Jochem J. A.; Kohno, Kotaro; Baryshev, Andrey M.
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology 巻: 9 ページ: 67-77
  • DOI: 10.1109/TTHZ.2018.2883820
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Kinetic Energy Transfer from X-Ray Ultrafast Outflows to Millimeter/Submillimeter Cold Molecular Outflows in Seyfert Galaxies (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizumoto, Misaki; Izumi, Takuma; Kohno, Kotaro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 871 ページ: 156 (1-10)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaf814
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Excitation State of Galactic Diffuse Molecular Gas, Investigated with ALMA Observations of Multi-transition Absorption Lines (2019)
  • 著者名/発表者名: Ando, Ryo; Kohno, Kotaro; Umehata, Hideki; Izumi, Takuma; Ishii, Shun; Nishimura, Yuri; Sorai, Kazuo; Tosaki, Tomoka; Taniguchi, Akio; Tamura, Yoichi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 871 ページ: 256 (1-7)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aafa6f
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of the Far-infrared [O III] and Dust Emission in a Galaxy at Redshift 8.312: Early Metal Enrichment in the Heart of the Reionization Era (2019)
  • 著者名/発表者名: Tamura, Y., Mawatari, K., Hashimoto, T., Inoue, A., et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 874 ページ: 27 (1-13)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab0374
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The onset of star formation 250 million years after the Big Bang (2018)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto, T., Laporte, N., Mawatari, K.,Ellis, R. S., Inoue, A. K., Zackrisson, E. Roberts-Borsani, G., Tamura, Y. (24人中9番目), 他16名
  • 雑誌名: Nature 巻: 557 ページ: 392-395
  • DOI: 10.1038/s41586-018-0117-z
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQs). III. Star formation properties of the host galaxies at z > 6 studied with ALMA (2018)
  • 著者名/発表者名: Izumi, T., Onoue, M., Shirakata, H., Nagao, T., Kohno, K. (29人中5番目), Matsuoka, Y., Tamura, Y. (29人中18番目), 他20名
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 ページ: 37 (1-21)
  • DOI: 10.1093/pasj/psy026
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA 26 Arcmin2 Survey of GOODS-S at One Millimeter (ASAGAO): Average Morphology of High-z Dusty Star-forming Galaxies in an Exponential Disk (n ~ 1) (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto, S., Ouchi, M., K Kohno, K. (46人中3番目), Yamaguchi, Y., Hatsukade, B., Ueda, Y., Shibuya, T., Tamura, Y. (46人中45番目), 他38名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 861 ページ: 7 (1-12)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aac6c4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The gravitationally unstable gas disk of a starburst galaxy 12 billion years ago (2018)
  • 著者名/発表者名: Tadaki, K.; Iono, D.; Yun, M. S.; Aretxaga, I.; Hatsukade, B.; Hughes, D. H.; Ikarashi, S.; Izumi, T.; Kawabe, R.; Kohno, K.; Lee, M.; Matsuda, Y.; Nakanishi, K.; Saito, T.; Tamura, Y.; 他6名
  • 雑誌名: Nature 巻: 560 ページ: 613-616
  • DOI: 10.1038/s41586-018-0443-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA deep field in SSA22: Survey design and source catalog of a 20 arcmin2 survey at 1.1 mm (2018)
  • 著者名/発表者名: Umehata, Hideki; Hatsukade, Bunyo; Smail, Ian; Alexander, David M.; Ivison, Rob J.; Matsuda, Yuichi; Tamura, Yoichi; Kohno, Kotaro; Kato, Yuta; Hayatsu, Natsuki H.; Kubo, Mariko; Ikarashi, Soh
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 ページ: 65 (1-14)
  • DOI: 10.1093/pasj/psy065
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Cool Core Disturbed: Observational Evidence for the Coexistence of Subsonic Sloshing Gas and Stripped Shock-heated Gas around the Core of RX J1347.5-1145 (2018)
  • 著者名/発表者名: Ueda, Shutaro; Kitayama, Tetsu; Oguri, Masamune; Komatsu, Eiichiro; Akahori, Takuya; Iono, Daisuke; Izumi, Takumi; Kawabe, Ryohei; Kohno, Kotaro; Matsuo, Hiroshi; Ota, Naomi; Suto, Yasushi; Takakuwa, Shigehisa; Takizawa, Motokazu; Tsutsumi, Takahiro; Yoshikawa, Kohji
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 866 ページ: 48 (1-13)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aadd9d
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] AzTEC 1.1 mm observations of high-z protocluster environments: SMG overdensities and misalignment between AGN jets and SMG distribution (2018)
  • 著者名/発表者名: Zeballos, M.; Aretxaga, I.; Hughes, D. H.; et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 479 ページ: 4577-4632
  • DOI: 10.1093/mnras/sty1714
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A high dust emissivity index β for a CO-faint galaxy in a filamentary Lyα nebula at z = 3.1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato, Yuta; Matsuda, Yuichi; Iono, Daisuke; et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 ページ: L6 (1-6)
  • DOI: 10.1093/pasj/psy087
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Circumnuclear Multiphase Gas in the Circinus Galaxy. II. The Molecular and Atomic Obscuring Structures Revealed with ALMA (2018)
  • 著者名/発表者名: Izumi, Takuma; Wada, Keiichi; Fukushige, Ryosuke; Hamamura, Sota; Kohno, Kotaro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 867 ページ: 48 (1-20)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aae20b
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Dust-selected Molecular Clouds in the Northeast Region of the Small Magellanic Cloud (2018)
  • 著者名/発表者名: Takekoshi, T., Minamidani, T., Komugi S., Kohno, K., Tosaki, T., Sorai, K., et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 867 ページ: 117 (1-13)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aae48b
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Revealing the Environmental Dependence of Molecular Gas Content in a Distant X-Ray Cluster at z = 2.51 (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang, T., Elbaz, D., Daddi, E., Liu, D., Kodama, T., Tanaka, K., et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 867 ページ: L29 (1-7)
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aaeb2c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA twenty-six arcmin2 survey of GOODS-S at one millimeter (ASAGAO): Source catalog and number counts (2018)
  • 著者名/発表者名: Hatsukade, B., Kohno, K., Yamaguchi, Y., Umehata, H., et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 ページ: 105 (1-20)
  • DOI: 10.1093/pasj/psy104
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Python tools and tips for facilitating data analysis of nearby galaxies (2019)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi, A.
  • 学会等名: ALMA Workshop for Nearby Galaxies: Science and Techniques
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MOSAIC on LMT as a precursor of blind line emitter search with large single dishes (2019)
  • 著者名/発表者名: Kohno, K.
  • 学会等名: International Workshop on Submillimeter Astronomy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-z Cosmology via CO/[CII]/[OIII] Tomography with the Large Submillimeter Telescope (2019)
  • 著者名/発表者名: Tamura, Y.
  • 学会等名: International Workshop on Submillimeter Astronomy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超伝導力学インダクタンス検出器の応用例 (2019)
  • 著者名/発表者名: 成瀬雅人
  • 学会等名: 2018年度電子情報通信学会総合大会
  • 招待講演
• [学会発表] Far-Infrared Nebular Emission Receiver (2019)
  • 著者名/発表者名: Tamura, Y.
  • 学会等名: Power of Wideband Receiver: Exploring Sciences at 7mm Wavelength with Large Single Dish Telescopes
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ALMA Reveals Early Metal Enrichment in the Epoch of Reinization (2019)
  • 著者名/発表者名: 田村陽一
  • 学会等名: SKA 研究会「銀河進化と遠方宇宙」2019
  • 招待講演
• [学会発表] Radio-to-(sub)millimeter observations of astrophysical plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: Kohno, K.
  • 学会等名: 12th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ALMA Reveals the Early Dust Enrichment in a Galaxy in the Reionization Era (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamura, Y.
  • 学会等名: Latin America - Japan Academic Forum 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exploring the formation and evolution of galaxies in the early universe by exploiting the superconducting astro-photonics (2018)
  • 著者名/発表者名: Kohno, K.
  • 学会等名: International Colloquium of Mexican and Japanese Studies
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] テラヘルツ波を用いた光計測および分光計測の天体物理学分野における最前線 (2018)
  • 著者名/発表者名: 河野孝太郎
  • 学会等名: テラヘルツ科学の最先端V
  • 招待講演
• [学会発表] Superconducting submicron-CPW resonators for on-chip THz filterbank (2018)
  • 著者名/発表者名: Naruse, M.
  • 学会等名: The 31st International Symposium on Superconductivity
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] B4R (Band-4 receiver on LMT) and Future upgrade (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawabe, R.
  • 学会等名: Guillermo Haro 2018 Workshop: Synergy between GTC and GTM/LMT
  • 国際学会
• [学会発表] CO/[CII] Tomography with the Large Submillimeter Telescope (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamura, Y.
  • 学会等名: Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST) Workshop 2018
  • 国際学会
• [学会発表] ALMA deep surveys on CANDELS fields (2018)
  • 著者名/発表者名: Kohno, K.
  • 学会等名: The Universe by the Light of CANDELS: Past and Future
  • 国際学会
• [学会発表] ALMA Detections of the Far-infrared [O III] and Dust Emission in a Galaxy at z = 8.312: Early Metal Enrichment in the Heart of the Reionization Era (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamura, Y.
  • 学会等名: International Astronomical Union Symposium No. 341: PanModel 2018 - Challenges in Panchromatic Galaxy Modelling with Next Generation Facilities
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of dusty galaxies uncovered by ALMA 26 arcmin2 survey of GOODS-S at one-millimeter (ASAGAO) (2018)
  • 著者名/発表者名: Kohno, K.
  • 学会等名: International Astronomical Union Symposium No. 341: PanModel 2018 - Challenges in Panchromatic Galaxy Modelling with Next Generation Facilities
  • 国際学会
• [備考]
  • URL: http://www.ioa.s.u-tokyo.ac.jp/~kkohno/index-j.html
• [学会・シンポジウム開催] International Workshop on Submillimeter Astronomy (2019)