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2020 年度 実施状況報告書

最も若い銀河における星および金属の形成に関する観測的研究

研究課題

研究課題/領域番号 20K22373
研究機関国立天文台

研究代表者

中島 王彦  国立天文台, 科学研究部, 特任助教 (80875534)

研究期間 (年度) 2020-09-11 – 2022-03-31
キーワード銀河形成 / 化学進化 / 星形成 / 機械学習
研究実績の概要

初代銀河に相当する非常に金属量の低い銀河を観測・理論的に探るプロジェクトを率いることで、未だ多くの謎が残されている銀河形成の最初期段階の研究を牽引する。
初年度である2020年度には、まず機械学習(CNN)を用いた銀河の選択手法の最適化を行った。光電離モデルによってこれまで以上に金属量の低い銀河のモデル化に成功し、教師データとして与えることで機械学習を改善し、大きな銀河サンプルの構築に至った。並行して追分光観測を行い、新たに選択された銀河の低金属量を実際に確認できた。本結果をPIとして査読論文へまとめている。
更に、本選択手法をより遠方宇宙へ応用する方法を確立し、これまで近傍でのみ見つけられていた極低金属量銀河に相当する銀河を赤方偏移2(100億年前の宇宙)で探査することが可能となった。候補天体の金属量同定を目的とし、すばる望遠鏡へ分光観測の提案書をPIとして提出している。
その他、近傍から遠方にかけて金属量の低い銀河を特徴づけるために必要な多波長観測データを獲得するために国際競争的に提案書をPIとして作成・提出している(すばる望遠鏡、Keck望遠鏡、Chandra X線観測衛星、James Webb宇宙望遠鏡)。また、研究協力者とともに提案した極低金属量銀河の面分光観測プログラムが採択され、その観測の計画および遂行をリードした。極低金属量銀河の空間分解された細かい性質の理解へと研究を発展させている。
当初の研究計画に従って順調に研究を進めているとともに、新たな観測プログラムへの進展もあった。これらのプログラムを次年度に完遂させる。

現在までの達成度 (区分)
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

機械学習の開発にうまく成功したため。とりわけ、近傍だけでなく遠方の宇宙(赤方偏移2)の銀河に対しても当初の目標通り機械学習選択手法を応用させることができた。
多波長追観測に関しては、X線から可視の高電離輝線にいたるまで幅広いエネルギー範囲を調べることが星形成を正しく理解する上で必要不可欠である。国際競争による望遠鏡観測時間獲得のための提案書を4本PIとして提出している。
また、研究協力者とともにすばる望遠鏡に提出した極低金属量銀河の面分光観測プログラムが採択され(計2年間)、その観測計画・遂行および銀河内部の金属量・電離状態分布を探る研究をリードしている。

今後の研究の推進方策

最適化させた機械学習に基づく極低金属量銀河の性質をまとめた論文をPIとしてまとめる。また遠方宇宙で新たに見つけられた銀河が分光的に検証でき次第、PI論文として発表する。
多波長観測研究としては、X線や紫外の高エネルギーの性質のみならず、星形成に欠かせないガス(原子、分子)の性質を観測的に調べることの重要性に研究を進める中で気がついた。そのために必要な電波域での観測をするためALMAやFAST等への観測提案をPIとして行う計画である。
若い銀河の中にどのくらいのガスが存在し、そこからどのような星形成(とりわけ大質量の星形成)が行われ、金属が形成されるのか。最適なサンプルを対象に独自の多波長観測を行うことで迫る。
また、若い銀河の観測・理論双方の研究者を集めた研究会を開くことを計画している。双方の研究の現状を把握しあい、初期の星形成・化学進化を明らかにする上で鍵となる観測的アプローチを理論研究者とともに議論し、観測提案へと発展させることを目指す。

次年度使用額が生じた理由

研究協力者とのミーティングや研究会等への参加(旅費)が新型コロナウイルス感染拡大の影響で当初の予定より大幅に無くなったため。
また、Mac Pro計算機を購入予定であったが、Apple社が最近高性能の自社製チップを搭載した計算機へMac各機種をアップグレードし始めていることから、次年度Mac Proのアップグレードまで導入を見送ったため。
次年度には、今年度購入を見送った計算機と必要な周辺機器の購入、および徐々に再開され始めた観測や解析等に必要なミーティング・出張等への旅費として繰越分を使用する計画である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 4件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (2件)

  • [国際共同研究] Carnegie observatories(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Carnegie observatories
  • [雑誌論文] ALMA 1.3 mm Survey of Lensed Submillimeter Galaxies Selected by Herschel: Discovery of Spatially Extended SMGs and Implications2021

    • 著者名/発表者名
      Sun Fengwu、Egami Eiichi、Rawle Timothy D.、and 19 more including K. Nakajima
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 908 ページ: 192

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abd6e4

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Environmental Dependence of Galactic Properties Traced by Lyα Forest Absorption: Diversity among Galaxy Populations2021

    • 著者名/発表者名
      Momose Rieko、Shimasaku Kazuhiro、Kashikawa Nobunari、Nagamine Kentaro、Shimizu Ikkoh、Nakajima Kimihiko、Terao Yasunori、Kusakabe Haruka、Ando Makoto、Motohara Kentaro、Spitler Lee
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 909 ページ: 117

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abd2af

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Extremely Metal-poor Representatives Explored by the Subaru Survey (EMPRESS). I. A Successful Machine-learning Selection of Metal-poor Galaxies and the Discovery of a Galaxy with M* < 10^6 Msun and 0.016 Zsun2020

    • 著者名/発表者名
      T. Kojima, M. Ouchi, M. Rauch, Y. Ono, K. Nakajima, Y. Isobe, S. Fujimoto, Y. Harikane, T. Hashimoto, M. Hayashi, Y. Komiyama, H. Kusakabe, J. H. Kim, C.-H. Lee, S. Mukae, T. Nagao, M. Onodera, T. Shibuya, Y. Sugahara, M. Umemura, K. Yabe
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 898 ページ: 142

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aba047

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The Lyman Continuum Escape Survey: Connecting Time-dependent [OIII] and [OII] Line Emission with Lyman Continuum Escape Fraction in Simulations of Galaxy Formation2020

    • 著者名/発表者名
      K. S. S. Barrow, B. E. Robertson, R. S. Ellis, K. Nakajima, A. Saxena, D. P. Stark, M. Tang
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 902 ページ: L39

    • DOI

      10.3847/2041-8213/abbd8e

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Spatially Resolved C iii] λ1909 Emission in Haro 112020

    • 著者名/発表者名
      G. Micheva, G. Ostlin, J. Melinder, M. Hayes, M. A. Oey, A. K. Inoue, I. Iwata Ikuru, A. Adamo, L. Wisotzki, K. Nakajima
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 903 ページ: 123

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abbdff

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Broadband Selection, Spectroscopic Identification, and Physical Properties of a Population of Extreme Emission-line Galaxies at 3 < z < 3.72020

    • 著者名/発表者名
      Onodera Masato、Shimakawa Rhythm、Suzuki Tomoko L.、Tanaka Ichi、Harikane Yuichi、Hayashi Masao、Kodama Tadayuki、Koyama Yusei、Nakajima Kimihiko、Shibuya Takatoshi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 904 ページ: 180

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abc174

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] CHORUS. I. Cosmic HydrOgen Reionization Unveiled with Subaru: Overview2020

    • 著者名/発表者名
      Inoue Akio K、Yamanaka Satoshi、Ouchi Masami、and 28 more including K. Nakajima
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 72 ページ: 101

    • DOI

      10.1093/pasj/psaa100

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] The Lyman Continuum Escape Survey: Ionizing Radiation from Lyman Alpha Emitting Galaxies2021

    • 著者名/発表者名
      K. Nakajima
    • 学会等名
      Subaru Users Meeting FY2020
  • [学会発表] LACES: 若い小質量星形成銀河からの電離光子脱出探査2020

    • 著者名/発表者名
      中島王彦, R. Ellis, T. Fletcher, 岩田生, 井上昭雄, B. Robertson, M. Tang, D. Stark
    • 学会等名
      日本天文学会2020年秋季年会

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公開日: 2021-12-27  

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