初期宇宙における銀河をつなぐガスネットワークの進化の研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H01953
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 梅畑 豪紀 名古屋大学, 高等研究院(理), 特任助教 (60783678)
• 研究分担者: 松田 有一 国立天文台, アルマプロジェクト, 助教 (20647268)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 宇宙網 / 銀河間物質 / 星形成銀河 / 巨大ブラックホール / 物質循環 / 共進化

研究実績の概要

冷たい暗黒物質モデルに立脚する現在の銀河形成理論において、重力進化の結果、暗黒物質やバリオンが蜘蛛の巣状のネットワーク構造、「宇宙網」を成していることが予言されてきた。本研究では、水素ライマンα線による宇宙網探査を発展させ、(i) 赤方偏移3.1の原始銀河団領域における宇宙網、(ii) 赤方偏移２~5の原始銀河団における宇宙網、それぞれについて銀河と宇宙網の双方の探査を推進する。銀河についてはALMA望遠鏡、ジェームズウェッブ望遠鏡などを、宇宙網についてはすばる望遠鏡、VLT望遠鏡を主要装置と位置付ける。そして宇宙網と銀河形成の共進化の解明を通して初期宇宙における銀河形成史の理解を大きく前進させることを目的とする。

研究２年度目および３年度目（繰越含む）においては、赤方偏移3.1の原始銀河団において、明るく輝き宇宙網の結節点だと期待されるライマンαブロッブ(LAB1)について、ALMA望遠鏡によるダスト放射および炭素の電離輝線の検出について報告する論文を出版することができた。ALMA望遠鏡による成果に加え、VLT望遠鏡による水素ライマンα光の面分光データとの比較も行い、銀河衝突が広がった水素ライマンα光の要因の一つではないかという新たな説を提唱した。

新たな観測データの取得も進んでいる。たとえばアルマ望遠鏡によってミリ波で230パーセクに届く、極めて角度分解能の高い画像の獲得に成功した。宇宙網の中で成長する爆発的星形成銀河の形成メカニズムの解明につながるデータだと期待される。

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

新型コロナウイルス感染症について、本年度ALMA望遠鏡(チリ)、すばる望遠鏡(アメリカ合衆国ハワイ)、VLT望遠鏡(チリ)をはじめ各地の望遠鏡の運用や観測がストップしたり縮小したりと影響を受けることになった。特にその影響はVLT望遠鏡による宇宙網の観測において大きく、合計50時間の観測が(一年前に引き続き)採択されていたものの、この影響が大きく残念ながら今回も全く実行されなかった。当該の観測については再度観測提案を行なっている。ただ、本研究は様々な望遠鏡を活用するものであり、VLT望遠鏡のみに依存するものではない。他の望遠鏡による観測、特にALMA望遠鏡による観測については炭素の電離輝線([CII])を用いた、ダストに隠された大質量星形成銀河の観測が採択されており、宇宙網の中で成長する銀河の運動状態の解明が進むと期待される。上述の成果論文の出版を含め、ここまで研究は概ね順調に推移していると考えている。

今後の研究の推進方策

研究計画に大きな変更は予定していない。引き続き既存のデータの解析とともに、観測提案を進め必要な新規データの取得に努める。

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア工科大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: カリフォルニア工科大学
• [国際共同研究] ダラム大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ダラム大学
• [国際共同研究] ミラノビコッカ大学(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: ミラノビコッカ大学
• [国際共同研究] 欧州南天天文台(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: 欧州南天天文台
• [雑誌論文] FOREVER22: galaxy formation in protocluster regions (2022)
  • 著者名/発表者名: 19.Yajima, Hidenobu, Abe, Makito, Khochfar, Sadegh, Nagamine, Kentaro, Inoue, Akio K., Kodama, Tadayuki, Arata, Shohei, Dalla Vecchia, Claudio, Fukushima, Hajime, Hashimoto, Takuya, Kashikawa, Nobunari, Kubo, Mariko, Li, Yuexing, Matsuda, Yuichi, Mawatari, Ken, Ouchi, Masami, Umehata, Hideki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 509 ページ: 4037,4057
  • DOI: 10.1093/mnras/stab3092
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Massive Quiescent Galaxy Confirmed in a Protocluster at z = 3.09 (2021)
  • 著者名/発表者名: Kubo Mariko、Umehata Hideki、Matsuda Yuichi、Kajisawa Masaru、Steidel Charles C.、Yamada Toru、Tanaka Ichi、Hatsukade Bunyo、Tamura Yoichi、Nakanishi Kouichiro、Kohno Kotaro、Lee Kianhong、Matsuda Keiichi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 919 ページ: 6～6
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0cf8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA Observations of Lyα Blob 1: Multiple Major Mergers and Widely Distributed Interstellar Media (2021)
  • 著者名/発表者名: Umehata Hideki、Smail Ian、Steidel Charles C.、Hayes Matthew、Scott Douglas、Swinbank A. M.、Ivison R. J.、Nagao Toru、Kubo Mariko、Nakanishi Kouichiro、Matsuda Yuichi、Ikarashi Soh、Tamura Yoichi、Geach J. E.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 918 ページ: 69～69
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac1106
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Accelerated growth of galaxies and super-massive black holes within the cosmic web gas filaments at z=3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Umehata, Hideki
  • 学会等名: Cosmic Cartography 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Widely distributed cold gas and dust within a z=3 giant Lyα blob (2022)
  • 著者名/発表者名: 梅畑豪紀
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
• [学会発表] Galaxy formation in a proto-cluster at z=3.1 (2021)
  • 著者名/発表者名: 梅畑豪紀
  • 学会等名: r-EMU Workshop 2021
• [学会発表] IGM観測 review (2021)
  • 著者名/発表者名: 梅畑豪紀
  • 学会等名: Galaxy-IGM workshop 2021
  • 招待講演
• [学会発表] Galaxy growth within the cosmic web in a proto-cluster (2021)
  • 著者名/発表者名: 梅畑豪紀
  • 学会等名: 東北大学天文学専攻コロキウム