多波長分光観測で探る遠方銀河の化学進化

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19J01222
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 播金 優一 国立天文台, アルマプロジェクト, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2022-03-31
• キーワード: 天文学 / 宇宙物理学 / 銀河形成

研究実績の概要

我々はすばる/Hyper Suprime-Cam (HSC) 広領域撮像探査データによって見つけられた赤方偏移z~6星形成銀河をアルマ望遠鏡を用いて観測し、酸素[OIII]88umと炭素[CII]158um輝線を3天体全てから検出することに成功した。過去の研究結果も合わせると、z>6の9個の銀河全てで、輝線の比は[OIII]/[CII]~3-20と同じ星形成率の近傍銀河に比べて10倍ほど高いことがわかった。この輝線比が高い原因を光電離モデルCloudyを用いて詳細に検証した結果、CMB減光の効果や金属量、ガス密度、炭素/酸素比の進化だけでは説明できず、代わりに近傍銀河に比べて10-100倍高い電離パラメータもしくは10-100倍低い光解離領域被覆率が必要であることがわかった。これにより、z>6の遠方銀河は効率的に電離光子を生み出し、宇宙再電離に積極的に寄与しているということが示唆された。これらの結果は論文としてまとめられており (Harikane et al. 2019b)、また天文学会、国際研究会で発表した。
また、2019年から2020年にかけてUniversity College Londonに滞在し、Richard Ellis教授らと遠方銀河の吸収線についての研究を進めた。
加えて、z=5.7, 6.6の原始銀河団の分光同定と物理的性質についての論文も出版した (Harikane et al. 2019a)。これらの研究については国内研究会で発表を行い、また2019年9月27日に記者発表を行い、毎日新聞、NHK、AFP通信をはじめとする300以上の国内外のメディアで紹介された。

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

当初の計画通りすばる/Hyper Suprime-Cam (HSC) 探査データから選択した銀河をアルマ望遠鏡で観測し[OIII]88umと[CII]158um輝線を検出し、輝線比情報から星間物質の状態に制限を加えることができたため。

今後の研究の推進方策

今後は研究計画にあるように、すばる望遠鏡、VLT望遠鏡によって取られた分光データを使い、CII1334といった金属吸収線の研究を進める。

研究成果

• [国際共同研究] SISSA/Scuola Normale Superiore/Centro Fermi(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: SISSA/Scuola Normale Superiore/Centro Fermi
• [国際共同研究] IPAC, California Institute of Technology/University of California, Santa Barbara(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: IPAC, California Institute of Technology/University of California, Santa Barbara
• [国際共同研究] Observatorio Nacional(ブラジル)
  • 国名: ブラジル
  • 外国機関名: Observatorio Nacional
• [国際共同研究] University College London(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University College London
• [雑誌論文] SILVERRUSH. VIII. Spectroscopic Identifications of Early Large-scale Structures with Protoclusters over 200 Mpc at z~6-7: Strong Associations of Dusty Star-forming Galaxies (2019)
  • 著者名/発表者名: Harikane, Yuichi; Ouchi, Masami; Ono, Yoshiaki; Fujimoto, Seiji; Donevski, Darko; Shibuya, Takatoshi; Faisst, Andreas L.; Goto, Tomotsugu; Hatsukade, Bunyo et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 883 ページ: 142～142
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab2cd5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Large Population of ALMA Galaxies at z>6 with Very High [OIII]88um to [CII]158um Flux Ratios: Evidence of Extremely High Ionization Parameter or PDR Deficit? (2019)
  • 著者名/発表者名: Harikane, Yuichi; Ouchi, Masami; Inoue, Akio K.; Matsuoka, Yoshiki; Tamura, Yoichi; Bakx, Tom; Fujimoto, Seiji; Moriwaki, Kana; Ono, Yoshiaki; Nagao, Tohru et al.
  • 雑誌名: arXiv e-print 巻: 1 ページ: 1~20
  • 国際共著
• [雑誌論文] Long Gamma-Ray Burst Rate at Very High Redshift (2019)
  • 著者名/発表者名: Kinugawa Tomoya、Harikane Yuichi、Asano Katsuaki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 878 ページ: 128～128
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab2188
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast Outflows Identified in Early Star-forming Galaxies at z = 5-6 (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugahara Yuma、Ouchi Masami、Harikane Yuichi、Bouche Nicolas、Mitchell Peter D.、Blaizot Jeremy
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 886 ページ: 29～29
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab49fe
• [雑誌論文] Morphologies of ~190,000 Galaxies at z = 0-10 Revealed with HST Legacy Data. III. Continuum Profile and Size Evolution of Lyα Emitters (2019)
  • 著者名/発表者名: Shibuya Takatoshi、Ouchi Masami、Harikane Yuichi、Nakajima Kimihiko
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 871 ページ: 164～164
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaf64b
• [学会発表] ISM Properties of z>6 Galaxies Revealed with ALMA [OIII] and [CII] Observations (2019)
  • 著者名/発表者名: 播金優一
  • 学会等名: 日本天文学会秋期年会
• [学会発表] A Large Population of ALMA Galaxies at z > 6 with Very High [OIII]/[CII]Ratios: Extremely High Ionization Parameter or PDR Decit? (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Harikane
  • 学会等名: Revolutionary Spectroscopy of Today as a Springboard to Webb
  • 国際学会 / 招待講演