| 研究課題/領域番号 |
20K04008
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
徂徠 和夫 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (80344464)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 銀河 / 星間ガス / 星生成 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，銀河内部において恒星の材料となる星間ガスの質量を空間分解した上で正確に測定し，星生成率，ガス質量，星質量の間の関係を定量化することを目的とする．研究は，１）近傍銀河内部の領域ごとの高精度な分子ガス質量の導出，２）近傍銀河内部の領域ごとの原子ガス質量及び暗黒ガスの質量の導出，３）星質量-星生成率-ガス質量の関係の定量化と大局的な星生成過程の解明，という３つの観点から進める計画で，初年度は１）に着手した．
近傍銀河を空間分解し領域ごとに複数の方法で精度良く分子ガスの質量を求めるための基本となる一酸化炭素分子の複数のスペクトル線の撮像データは，既に私たちが国立天文台野辺山宇宙電波観測所45 m電波望遠鏡で取得した147銀河のデータである．対象を増やすために同望遠鏡の共同利用観測に新たに22天体の観測提案を行い採択され，このうち11天体の観測を実施，現在解析中である．
私たちの観測では，一酸化炭素分子の回転量子数が１から０に遷移するスペクトル線（１２C１６Oと同位体の１３C１６O）を取得しているが，これと異なる遷移のスペクトル線（１２C１６Oの回転量子数が２から１及び３から２へ遷移するもの）のデータは，海外の望遠鏡で取得されアーカイブされているものを利用した．私たちのサンプルと比較可能な共通の銀河合計１３天体について，これら４本のスペクトル線データを銀河の中心から同心円環に分けてデータをスタックし，励起計算を試みた結果，分子ガスの単純な一層モデルでは正確な励起状態を得ることが困難なことが明らかになった．
また，一酸化炭素のスペクトル線強度から水素分子を主成分とする分子ガス全体の総量を推定する「変換係数」が金属量依存することから，銀河内部の金属量を測定する観測を兵庫県立大学西はりま天文台なゆた望遠鏡の共同利用観測で実施し，２天体についてデータが得られた．解析はこれからである．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初予定では，前述の３つの観点のうち初年度は１）及び２）に着手する予定であったが，新型コロナウイルス感染症対策の影響を受け，２）には着手できなかった．また，１）についても研究協力者が研究室に来られなかったために，進捗は遅れている．一方で，後述のように当初予定していなかった新たな分子ガス質量の推定方法の検証を行えた点は，研究目的達成には前進である．
複数のスペクトル線の解析については，一酸化炭素分子の回転量子数が３から２へ遷移スペクトル線がかなり局在して分布していると思われる結果となり，単純な一層モデルでは正しい励起状態の情報を得られないことが明らかになった．これはある程度予想していたことであり，次項に記述するようにデータのスタッキング方法を改良する予定である．
金属量の測定については，提案した４銀河の観測のうち，２銀河しか観測できなかったが（観測が３月だったためデータは未解析），技術的にやや困難さは残るものの系統的な観測がある程度できるのはないかという目処が立った．
当初予定しなかった観点であるが，赤外線衛星WISEのバンド３で取得されたデータから分子ガスの質量を推定する手法が報告されており，その方法を使って空間分解した一酸化炭素分子のスペクトル線データと比較することを試みた．この手法が確立すれば，観測数が著しく限られている銀河の一酸化炭素分子のデータとは異なり，はるかに多数の銀河について分子ガス量を得られることとなり，観点３）についてより統計的に有意な結果が得られると期待される．こちらの解析も，スタッキング領域については改良の余地があることが判明したが，星生成率の情報と合わせることで分子ガス量の推定に使える可能性を見出すことができた．
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| 今後の研究の推進方策 |
２年目は１）の複数スペクトル線の励起解析と金属量の銀河内分布の解析を中心に進め，２）の原子ガスを加えた解析も開始する予定である．
複数スペクトル線のデータについては，スタッキング方法を改良してデータ解析を行う．初年度は単純なスタッキングを試みたが，２年目はよりデータの質が向上するスペクトル線の速度をずらして足し合わせる方法を採用することで状況を打開する．また，銀河の中心からの距離ではなく，渦状腕や棒状構造といった銀河の構造ごとでのスタッキングを実施する．
金属量分布については，データ解析後，追加の観測提案を行う予定である．ただし，追加観測が実現した場合でも現状の観測技術ではデータ数が著しく限られることが予想されるため，可視光や赤外線のカラーで代用できないかという点についてもアーカイブデータを利用して比較し検証する予定である．
２）の原子ガスについては，分子ガスでのスタッキング方法が確立次第，同じ方法で解析していく．また，暗黒ガスの観測については１）と２）の原子ガスの情報を加味した上で観測対象を決めて提案を行う予定である．
３）については，１）及び２）でガス質量の精度が上がってから進めるべきであるが，従来の方法を用いて調べたところ，ガスから恒星が生成される過程が銀河の内側から先に進んでいる兆候があり，その原因が銀河の棒状構造もしくは中心核活動性に起因している可能性があることを見出した．分子ガス，原子ガスの総量が得られ次第，この観点を中心に研究を進める予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルス感染症対策のために研究代表者及び研究協力者の研究室への通勤・登校が制限されたために，研究の進捗が遅れ気味となり学会・研究会並びに査読論文で研究発表できるレベルまで研究を進めることができなかったため，これらに関係して計上していた旅費及び論文投稿料を当該年度で使用しなかった．
２年目は１年目で未完成であった研究を進め，それらの発表が見込まれるため，該当額をそのまま繰り越し，同じ目的（旅費並びに論文投稿料）として使用する計画である．
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