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

2020 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, 科学研究部, 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 / 超伝導検出器

研究実績の概要

研究4年次となる令和2年度は、オンチップ型超広帯域超伝導分光器という新しいコンセプトの観測装置を本格的な科学運用に投入することを目指し開発を進めた。特に、220GHzから440GHzという完全1オクターブの分光を実現するDESHIMA 2.0の設計・開発を進め、実際に観測運用に投入できるグレードの超伝導分光チップの製作に着手することができた。また、この分光器をチリで運用しているASTE望遠鏡に搭載するため、常温光学系、特に光軸合わせのための調整機能付き支え機構や強度較正のためのデバイスの開発・調達を進めた。また、LMT望遠鏡に搭載する多画素化したDESHIMAのための大型真空・冷却システムと、大規模読み出し回路システム（前年度までに調達済み）の調整や試験測定を実施することができた。
アルマ望遠鏡を使った観測により、本課題の主題であるダストに隠された銀河の研究を進めた。ハッブル宇宙望遠鏡による高い感度での観測でも検出されていない、可視光・近赤外線域で見逃されていた大質量星生成銀河を、アルマ望遠鏡によるサブミリ波帯観測で検出し、その物理的な性質を明らかにした。また、アルマを使って重力レンズ銀河団33領域をくまなく観測する大型プログラム ALMA Lensing Cluster Survey（ALCS, PI: 河野）のデータ解析が進み、可視光・近赤外線観測では見落とされているがサブミリ波で明るい星形成銀河が、銀河団の重力レンズ効果により3重像として観測されている現場を発見した。VLT/MUSEでの観測とあわせ、この天体は赤方偏移4.3における銀河群の一部であることを明らかにした。こうした可視光・近赤外線では見逃されているがサブミリ波で検出される銀河種族は、高密度環境をトレースしていると考えられ、初期宇宙での構造形成を理解する上で重要な手がかりを与えると期待される。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

チップ上に集積した超伝導分光器という新しい概念を世界に先駆け実証した実績と経験を踏まえ、当初案（観測周波数範囲210GHz-360GHz）を超えて、完全１オクターブという超広帯域分光を実際に実現する仕様（観測周波数範囲220GHz-440GHz）のDESHIMA2.0の開発を進めており、ASTE望遠鏡へ搭載して、本格的な科学観測を進める準備がほぼ整いつつある。また、前年度までに導入した、多画素化したDESHIMAのための大型真空・冷却システム、そして8,000素子を超える超伝導素子の読み出しを可能とする大規模読み出し回路システムなどを組み合わせて使用したDESHIMAチップの実験室評価も進んでいる。またアルマ望遠鏡等を使った観測的研究も着実に成果を挙げている。

しかしながら、コロナ禍の影響により、オランダや日本で実施する実験室実験が大きな影響を受け、またチリおよびメキシコでの現地搭載作業や観測実施飲目処がたたない状況が続いており、当初予定からの遅れは顕在化していると言わざるを得ない状況である。

今後の研究の推進方策

観測周波数帯域220GHz-440GHz（完全１オクターブ）のDESHIMA2.0をASTE望遠鏡に搭載し、本格的な科学運用観測を実施する準備を進める。依然としてコロナ禍の影響はあるものの、再開しつつある実験室での開発評価、常温光学系の開発や評価を行う。また引き続きアルマ望遠鏡の大型プログラムALCS等で得た貴重なデータの解析と論文出版を進めていく。

研究成果

• [国際共同研究] デルフト工科大学/オランダ宇宙研究所（SRON）/フローニンゲン大学(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: デルフト工科大学/オランダ宇宙研究所（SRON）/フローニンゲン大学
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] アリゾナ大学/宇宙望遠鏡科学研究所（STScI）(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: アリゾナ大学/宇宙望遠鏡科学研究所（STScI）
• [国際共同研究] ダラム大学/エジンバラ大学/SKA機構(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ダラム大学/エジンバラ大学/SKA機構
• [国際共同研究] コペンハーゲン大学(デンマーク)
  • 国名: デンマーク
  • 外国機関名: コペンハーゲン大学
• [国際共同研究] チャルマース工科大学(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: チャルマース工科大学
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 7
• [雑誌論文] ALMA Lensing Cluster Survey: An ALMA Galaxy Signposting a MUSE Galaxy Group at z = 4.3 Behind "El Gordo" (2021)
  • 著者名/発表者名: Caputi, K. I., Caminha, G. B., Fujimoto, S., Kohno, K., Sun, F., Egami, E., Deshmukh, S., et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 908 ページ: id. 146, 9 pp.
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abd4d0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deeply cooled core of the Phoenix galaxy cluster imaged by ALMA with the Sunyaev-Zel'dovich effect (2020)
  • 著者名/発表者名: Kitayama, T., Ueda, S., Akahori, T., Komatsu, E., Kawabe, R., Kohno, K., et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 72 ページ: id. 33, 18 pp.
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Massive Molecular Torus inside a Gas-poor Circumnuclear Disk in the Radio Galaxy NGC 1052 Discovered with ALMA (2020)
  • 著者名/発表者名: Kameno, S., Sawada-Satoh, S., Impellizzeri, C. M. V., Espada, D., Nakai, N., Sugai, H., Terashima, Y., Kohno, K., Lee, M., Martin, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 895 ページ: id. 73, 20 pp.
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab8bd6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Demonstration of wideband metal mesh filters for submillimeter astrophysics using flexible printed circuits (2020)
  • 著者名/発表者名: Uno, S., Takekoshi, T., Oshima, T., Yoshioka, K., Wuy Chin, K., Kohno, K.
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 59 ページ: p. 4143-4150
  • DOI: 10.1364/AO.389605
  • 査読あり
• [雑誌論文] ALMA Observations of Multiple CO and C Lines toward the Active Galactic Nucleus of NGC 7469: An X-Ray-dominated Region Caught in the Act (2020)
  • 著者名/発表者名: Izumi, T., Nguyen, D. D., Imanishi, M., Kawamuro, T., Baba, S., Nakano, S., Kohno, K., et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 898 ページ: id. 75, 25 pp.
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab9cb1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA Deep Field in SSA22. A near-infrared-dark submillimeter galaxy at z = 4.0 (2020)
  • 著者名/発表者名: Umehata, H., Smail, I., Swinbank, A. M., Kohno, K., Tamura, Y., Wang, T., et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 640 ページ: id. L8, 7 pp.
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202038146
  • 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). III. Discovery of a z = 4.72 Radio Galaxy with the Lyman Break Technique (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, T., Nagao, T., Ikeda, H., Toba, Y., Kajisawa, M., Kohno, K. (12th), et al.
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 160 ページ: id. 60, 10 pp.
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ab98fe
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of radio jets in the Phoenix galaxy cluster center (2020)
  • 著者名/発表者名: Akahori, T., Kitayama, T., Ueda, S., Izumi, T., Lee, K., Kawabe, R., Kohno, K., Oguri, M., Takizawa, M.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 72 ページ: id. 62, 11 pp.
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA twenty-six arcmin2 survey of GOODS-S at one millimeter (ASAGAO): Millimeter properties of stellar mass selected galaxies (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, Y., Kohno, K., Hatsukade, B., Wang, T., Yoshimura, Y., Ao, Y., Dunlop, J. S., Egami, E., Espada, D., et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 72 ページ: id. 69, 23 pp.
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa057
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Large format imaging spectrograph for the Large Submillimeter Telescope (LST) (2020)
  • 著者名/発表者名: Kohno, K., Kawabe, R., Tamura, Y., Endo, A., Baselmans, J. J. A., Karatsu, K., et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 巻: 11453 ページ: 114530N, 11 pp.
  • DOI: 10.1117/12.2561238
  • 国際共著
• [学会発表] Broader bandwidth - extragalactic science cases (2020)
  • 著者名/発表者名: KOHNO, Kotaro
  • 学会等名: The ALMA 2030 Vision: Design considerations for Digitizers, Backend and Data Transmission System
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Large format imaging spectrograph for the Large Submillimeter Telescope (LST) (2020)
  • 著者名/発表者名: KOHNO, Kotaro
  • 学会等名: Astronomical Telescopes + Instrumentation 2020, SPIE Digital Forum
  • 国際学会
• [学会発表] Dust-enchrouded galaxies uncovered by ALMA deep surveys (2020)
  • 著者名/発表者名: KOHNO, Kotaro
  • 学会等名: CON-quest workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Uncovering obscured galaxies using Large Millimeter Telescope and ALMA (2020)
  • 著者名/発表者名: KOHNO, Kotaro
  • 学会等名: 2nd International Colloquium of Mexican and Japanese Studies "Distance, Interconnectedness and Sharing"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Review: AGN observations (2020)
  • 著者名/発表者名: 河野孝太郎
  • 学会等名: 銀河・銀河間ガス研究会 2020
  • 招待講演
• [学会発表] 超広帯域観測で探る宇宙の構造形成史 (2020)
  • 著者名/発表者名: 河野孝太郎
  • 学会等名: 宇宙電波懇談会シンポジウム2020年度、極限性能で切り開く電波天文学
  • 招待講演
• [学会発表] 銀河と大質量ブラックホールの形成と進化：観測の到達点と次の課題 (2020)
  • 著者名/発表者名: 河野孝太郎
  • 学会等名: サブミリ波単一鏡の革新で挑む天文学の未解決問題
  • 招待講演
• [備考] 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
  • URL: https://sites.google.com/view/deshimamosaic/home