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2023 年度 実績報告書

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 – 2024-03-31
キーワード銀河形成 / 化学進化 / 星形成
研究実績の概要

最終年度では、主にジェームズ・ウェブ宇宙望遠鏡 (JWST) を用いて、初期宇宙における銀河の重元素量進化を直接調べる研究を実施した。国際競争の激しい中、NIRSpecの分光データの整約 (観測装置から得られるデータをサイエンスのできる状態に処理すること) の手法が確立されていないことを問題視し、研究代表者は様々な試験を重ねることで、高い精度を実現する優れた整約手法を開発した。この整約手法を用い、これまで酸素の存在比を調べることがほぼ不可能であった120億年以前の遠方の宇宙の銀河を138個発見し、それらの酸素の存在比を昨年度に研究代表者らが確立した手法 (Nakajima et al. 2022, ApJS, 262, 3) を用いて精度高く測定することに成功した。その結果、現在から131億年前までの銀河では、現在の宇宙で見られる程度の酸素が銀河の質量などに応じて既に豊富に存在している一方で、131~133億年前で見つかった銀河では、半分程度の少ない酸素の存在比しか持たないことが判明した。これらの結果から、宇宙の最初の5~7億年の銀河の中で、酸素が急激に増えたことを裏付ける証拠を初めて得ることができた。
上記の成果は高インパクトファクターの国際査読誌において主著論文として出版済みである (Nakajima et al. 2023, ApJS, 269, 33)。本論文は23年11月に出版されたばかりにも関わらず120回以上引用され、本研究分野に高いインパクトを与えていると言える。本研究で迫った酸素の起源は、社会的なインパクトも大きく、記者会見の結果はNHKや主要紙、国内外のウェブ機関を始め多数報告された。
研究期間全体を通じ、実施計画に沿いながらも当初の目的を上回る成果を残すことができた。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 7件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 13件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

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

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Carnegie Observatories
  • [国際共同研究] University of Cambridge/University College London(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of Cambridge/University College London
  • [雑誌論文] EMPRESS. XII. Statistics on the Dynamics and Gas Mass Fraction of Extremely Metal-poor Galaxies2024

    • 著者名/発表者名
      Xu Yi、Ouchi Masami、Isobe Yuki、Nakajima Kimihiko、Ozaki Shinobu、Bouche Nicolas F.、Wise John H.、他46名
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 961 ページ: 49~49

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad06ab

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] EMPRESS. XIII. Chemical Enrichment of Young Galaxies Near and Far at z~0 and 4-10: Fe/O, Ar/O, S/O, and N/O Measurements with a Comparison of Chemical Evolution Models2024

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Kuria、Ouchi Masami、Nakajima Kimihiko、Isobe Yuki、Tominaga Nozomu、Suzuki Akihiro、Ishigaki Miho N.、Nomoto Ken’ichi、Takahashi Koh、Harikane Yuichi、Hatano Shun、Kusakabe Haruka、Moriya Takashi J.、Nishigaki Moka、Ono Yoshiaki、Onodera Masato、Sugahara Yuma
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 962 ページ: 50~50

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad13ff

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multiple Emission Lines of Hα Emitters at z~2.3 from the Broad- and Medium-band Photometry in the ZFOURGE Survey2024

    • 著者名/発表者名
      Chen Nuo、Motohara Kentaro、Spitler Lee、Nakajima Kimihiko、Momose Rieko、Kodama Tadayuki、Konishi Masahiro、Takahashi Hidenori、Kushibiki Kosuke、Kono Yukihiro、Terao Yasunori
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 964 ページ: 5~5

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad20cc

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Morphologies of Galaxies at z >~ 9 Uncovered by JWST/NIRCam Imaging: Cosmic Size Evolution and an Identification of an Extremely Compact Bright Galaxy at z~122023

    • 著者名/発表者名
      Ono Yoshiaki、Harikane Yuichi、Ouchi Masami、Yajima Hidenobu、Abe Makito、Isobe Yuki、Shibuya Takatoshi、Wise John H.、Zhang Yechi、Nakajima Kimihiko、Umeda Hiroya
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 951 ページ: 72~72

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acd44a

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] EMPRESS. IX. Extremely Metal-poor Galaxies are Very Gas-rich Dispersion-dominated Systems: Will the James Webb Space Telescope Witness Gaseous Turbulent High-z Primordial Galaxies?2023

    • 著者名/発表者名
      Isobe Yuki、Ouchi Masami、Nakajima Kimihiko、Ozaki Shinobu、Bouche Nicolas F.、Wise John H.、他47名
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 951 ページ: 102~102

    • DOI

      10.3847/1538-4357/accc87

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] EMPRESS. XI. SDSS and JWST Search for Local and z~4-5 Extremely Metal-poor Galaxies (EMPGs): Clustering and Chemical Properties of Local EMPGs2023

    • 著者名/発表者名
      Nishigaki Moka、Ouchi Masami、Nakajima Kimihiko、Ono Yoshiaki、Rauch Michael、Isobe Yuki、Harikane Yuichi、Narita Kanako、Zahedy Fakhri、Xu Yi、Yajima Hidenobu、Fukushima Hajime、Hirai Yutaka、Kim Ji Hoon、Inoue Shigeki、Kusakabe Haruka、Lee Chien-Hsiu、Nagao Tohru、Onodera Masato
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 952 ページ: 11~11

    • DOI

      10.3847/1538-4357/accf14

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Ionized gas kinematics and chemical abundances of low-mass star-forming galaxies at z~32023

    • 著者名/発表者名
      Llerena M.、Amorin R.、Pentericci L.、Calabro A.、Shapley A. E.、Boutsia K.、Perez-Montero E.、Vilchez J. M.、Nakajima K.
    • 雑誌名

      Astronomy & Astrophysics

      巻: 676 ページ: A53~A53

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202346232

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Redshift Evolution of Electron Density in the Interstellar Medium at z~0-9 Uncovered with JWST/NIRSpec Spectra and Line-spread Function Determinations2023

    • 著者名/発表者名
      Isobe Yuki、Ouchi Masami、Nakajima Kimihiko、Harikane Yuichi、Ono Yoshiaki、Xu Yi、Zhang Yechi、Umeda Hiroya
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 956 ページ: 139~139

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acf376

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] On the observability and identification of Population III galaxies with JWST2023

    • 著者名/発表者名
      Trussler James A A、Conselice Christopher J、Adams Nathan J、Maiolino Roberto、Nakajima Kimihiko、Zackrisson Erik、Austin Duncan、Ferreira Leonardo、Harvey Tom
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 525 ページ: 5328~5352

    • DOI

      10.1093/mnras/stad2553

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A JWST/NIRSpec First Census of Broad-line AGNs at z=4-7: Detection of 10 Faint AGNs with M_BH~10^6-10^8M_sun and Their Host Galaxy Properties2023

    • 著者名/発表者名
      Harikane Yuichi、Zhang Yechi、Nakajima Kimihiko、Ouchi Masami、Isobe Yuki、Ono Yoshiaki、Hatano Shun、Xu Yi、Umeda Hiroya
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 959 ページ: 39~39

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad029e

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] JWST Identification of Extremely Low C/N Galaxies with [N/O]>~0.5 at z~6-10 Evidencing the Early CNO-cycle Enrichment and a Connection with Globular Cluster Formation2023

    • 著者名/発表者名
      Isobe Yuki、Ouchi Masami、Tominaga Nozomu、Watanabe Kuria、Nakajima Kimihiko、Umeda Hiroya、Yajima Hidenobu、Harikane Yuichi、Fukushima Hajime、Xu Yi、Ono Yoshiaki、Zhang Yechi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 959 ページ: 100~100

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad09be

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] JWST Census for the Mass?Metallicity Star Formation Relations at z=4-10 with Self-consistent Flux Calibration and Proper Metallicity Calibrators2023

    • 著者名/発表者名
      Nakajima Kimihiko、Ouchi Masami、Isobe Yuki、Harikane Yuichi、Zhang Yechi、Ono Yoshiaki、Umeda Hiroya、Oguri Masamune
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Supplement Series

      巻: 269 ページ: 33~33

    • DOI

      10.3847/1538-4365/acd556

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pure Spectroscopic Constraints on UV Luminosity Functions and Cosmic Star Formation History from 25 Galaxies at z_spec=8.61-13.20 Confirmed with JWST/NIRSpec2023

    • 著者名/発表者名
      Harikane Yuichi、Nakajima Kimihiko、Ouchi Masami、Umeda Hiroya、Isobe Yuki、Ono Yoshiaki、Xu Yi、Zhang Yechi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 960 ページ: 56~56

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad0b7e

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] HeII emission in JWST sources: A quest for clues to Population III star formation2024

    • 著者名/発表者名
      K. Nakajima
    • 学会等名
      日本天文学会2024年春季年会
  • [学会発表] JWST study of the mass-metallicity-SFR relations at z=4 to 102023

    • 著者名/発表者名
      K. Nakajima
    • 学会等名
      Observing the Evolving Universe
    • 国際学会
  • [学会発表] JWST Census for the Mass-Metallicity Star-Formation Relations at z=4-102023

    • 著者名/発表者名
      K. Nakajima
    • 学会等名
      Resolving the Extragalactic Universe with ALMA & JWST
    • 国際学会
  • [学会発表] The quest for primordial galaxies and blackholes in the era of JWST2023

    • 著者名/発表者名
      K. Nakajima
    • 学会等名
      Shedding new light on the first billion year of the Universe
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The quest for first galaxies in the era of JWST2023

    • 著者名/発表者名
      K. Nakajima
    • 学会等名
      Galaxy-IGM Workshop 2023
    • 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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