| 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, 教授 (80344464)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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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ある。
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銀河のデータと，同望遠鏡の共同利用観測で追加観測した12天体と高感度に観測した1天体である。これらの観測で取得した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)に加え，遷移の異なるスペクトル線(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。また，より高い空間分解能を得るため，アタカマミリ波サブミリ波干渉計のアーカイブデータも利用した。
１）に関しては，22天体について12C16Oのスペクトル線強度から分子ガス質量を推定する変換係数を個別に求め，銀河の内側では外側に比べて変換係数が小さくなることを確認した。２）に関しては，約30天体について原子ガス質量の導出と，回転曲線の導出を行い，力学質量推定の最適化を行なっている。暗黒ガスの探査については，南極大陸内陸部での小型望遠鏡による観測の準備を開始した。３）については，多数の銀河について，13C16O輝線放射を伴う分子ガス（分子雲成分）と伴わない分子ガス（希薄な成分）に分類し，前者の方が星生成との相関がよいことを確認できた。
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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
新型コロナウイルス感染症対策の影響を受け，全体的に進捗が遅れた上に，学内外の負担の大きい複数の公務に携わることとなったため，当初予定期間内に終了せず，期間の延長を申請した。
複数のスペクトル線の解析については，アタカマミリ波サブミリ波干渉計の高空間分解能・高感度のアーカイブデータを使った解析を進めた。スペクトル線の複数の速度成分を分離することで，銀河内の場所ごとの分子ガスの物理状態をより正確に推定することが可能となった。その結果，星生成活動が活発な棒渦巻銀河の中心部において，分子ガスの運動がガスの密度を上昇させること，一方で分子ガスの密度が高いにも関わらず星生成が活発に起こっていないガス塊があることを発見した。
原子ガスのデータについては，回転曲線の推定に時間を要したものの漸く目処が立ち，複数の方法との比較に着手した。暗黒ガスに関しては，12C16Oと中性炭素原子のスペクトル線の励起解析により，分子雲の構造の推定を試みる研究を開始した。
また，13C16O輝線放射を伴うかどうかで分子雲成分と希薄な分子ガス成分に二分することを新たな基準として，多数の銀河について星生成との関連を調べた。希薄な成分の星生成への寄与が低い傾向は見られたものの，多くの銀河について13C16O輝線のデータの感度が低かったために，現在解析方法を精査している。さらに，銀河内部の構造ごとに星生成効率がどの程度異なり，その要因が何かを突き止めるため，客観性の高い構造同定方法の確立を進めた。渦状腕について独自に同定する方法を考案し，現在その最適化を進めている。暫定的な解析からは，棒状構造の強さが希薄なガス成分の割合を決めている可能性を示唆する結果が得られている。
金属量の測定については，人員不足が発生したために，残念ながら研究を進めるに至らなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
延長申請した最終年度は，これまでに進めてきた研究をまとめ，相互を関連させて銀河における分子ガスから星が生成される過程について論じる予定である。原子ガスについては対象とする約30銀河について解析を完了させ，原子ガス質量，分子ガスとの存在比，星間ガスと恒星質量及び力学質量との比較を銀河ごと，さらに銀河内部の領域ごと行う。また，銀河内を空間分解した12C16Oと分子ガスの変換係数についての結果を13C16O輝線の検出の有無を判定基準に用いた分子ガスの相分離の結果と比較する。金属量を測定し変換係数と比較する研究は人員不足のために断念せざるを得ないが，初年度に試みた赤外線衛星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を確立する研究を再開できる目処が立ったため，上記の結果と照らし合わせる予定である。
アタカマミリ波サブミリ波干渉計のデータを用いた研究については，現状までの結果を論文にまとめるとともに，解析する輝線・遷移を追加して，より高精度な分子雲構造の推定を試みる。
銀河内部の構造同定については年度前半に確立する見込みであり，その方法を用いた星生成効率の違いとその要因の解明を試みる。さらに，この構造同定方法が銀河系の分子ガスの研究に応用できる可能性が上がっており，場合によってはその方向の発展もあり得る。また，
以上については，それぞれ年度内に論文執筆を開始することを目指す。
暗黒ガスについては，現状で手に入り得るデータを用いた解析はかなり困難と予想されるため，現在筑波大学等と共同で進めている南極30cmサブミリ波望遠鏡を用いた銀河系等の炭素原子輝線の探査に向けて，既に着手している炭素原子輝線とCO輝線の励起解析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，初年度と２年目の進捗が予定よりも遅れ気味となったことに加え，当初予想できなかった学内外の負担の大きい公務が発生したため，研究の一部については学会・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ず，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。
延長申請した最終年度は前年度までに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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