ハッブル宇宙望遠鏡で探る宇宙再電離源

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24840010
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小野 宜昭 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (60631116)
• 研究期間 (年度): 2012-08-31 – 2014-03-31
• キーワード: 銀河形成 / 銀河進化 / 宇宙再電離 / 高赤方偏移銀河

研究概要

ハッブル宇宙望遠鏡の近赤外カメラWFC3のデータを解析し，赤方偏移zが7を越える遠方宇宙にある星形成銀河の紫外光でのサイズを見積もった．銀河サイズの赤方偏移進化を調べ，その結果を論文にまとめて出版した．
銀河の形態やサイズは，銀河進化を理解する上で有用な観測量である．本研究では，Ultra Deep Field 12によって新たに取得されたこれまでにない感度の近赤外画像を用いた．これにより，zが7を越えるような宇宙再電離期にあると考えられる星形成銀河について，その静止系紫外光でのサイズを高い信号雑音比で見積もることができた．解析の結果，z~7-12にある銀河のサイズ（半光度半径）はきわめて小さく，平均して0.3-0.4 kpc程度しかないことがわかった．これは，近傍の巨大分子雲複合体と同程度である．さらに，同程度の紫外光度を持つ銀河の平均的なサイズの赤方偏移進化を調べたところ，遠方ほどサイズが小さいという傾向はz>7でも続いていることがわかった．明るい銀河ほどサイズが大きいというサイズ-紫外光度関係はz~7-8銀河にも見られることもわかった．
また，z>7にある銀河候補のカタログにもとづき，紫外光度関数をこれまでにない精度で導出した．紫外光度関数の積分値に紫外スペクトルの硬さの観測結果を組み合わせ，さらに電離光子離脱率とガス凝縮因子の値を仮定して，銀河からの電離光子数密度を見積もった．その結果，観測されている銀河だけでは，z~6での宇宙の電離度と宇宙マイクロ波背景放射の偏光度の観測結果を同時に説明することは難しいことがわかった．ただ，紫外光度関数を観測限界より約40倍暗い光度まで外挿してよいとすると，電離度や偏光度の観測結果に加えて，観測されている宇宙の星形成率密度や星質量密度の赤方偏移進化もすべて矛盾なく説明できそうである．このことは，今後のさらなる観測的研究で明らかにされると期待される．

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Evolution of the Sizes of Galaxies over 7<z<12 Revealed by the 2012 Hubble Ultra Deep Field Campaign (2013)
  • 著者名/発表者名: Ono Y, Ouchi M, Curtis-Lake E, Schenker M. A, Ellis R. S, McLure R. J, Dunlop J. S, Robertson B. E, Koekemoer A. M, Bowler R. A. A, Rogers A. B, Schneider E, Charlot S, Stark D. P, Shimasaku K, Furlanetto S. R, and Cirasuolo M
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 777 ページ: 155(13)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/777/2/155
  • 査読あり
• [雑誌論文] The UV continua and inferred stellar populations of galaxies at z~7-9 revealed by the Hubble Ultra Deep Field 2012 campaign (2013)
  • 著者名/発表者名: Dunlop J. S, Rogers A. B, McLure R. J, Ellis R. S, Robertson B. E, Koekemoer A, Dayal P, Curtis-Lake E, Wild V, Charlot S, Bowler R. A. A, Schenker M. A, Ouchi M, Ono Y, Cirasuolo M, Furlanetto S. R, Stark D. P, Targett T. A, and Schneider E
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 432 ページ: 3520-3533
  • DOI: 10.1093/mnras/stt702
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new multi-field determination of the galaxy luminosity function at z=7-9 incorporating the 2012 Hubble Ultra Deep Field imaging (2013)
  • 著者名/発表者名: McLure R. J, Dunlop J. S, Bowler R. A. A, Curtis-Lake E, Schenker M, Ellis R. S, Robertson B. E, Koekemoer A. M, Rogers A. B, Ono Y, Ouchi M, Charlot S, Wild V, Stark D. P, Furlanetto S. R, Cirasuolo M, and Targett T. A
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 432 ページ: 2696-2716
  • DOI: 10.1093/mnras/stt627
  • 査読あり
• [雑誌論文] The UV Luminosity Function of star-forming galaxies via dropout selection at redshifts z ~ 7 and 8 from the 2012 Ultra Deep Field campaign (2013)
  • 著者名/発表者名: Schenker M. A, Robertson B. E, Ellis R. S, Ono Y, McLure R. J, Dunlop J. S, Koekemoer A, Bowler R. A. A, Ouchi M, Curtis-Lake E, Rogers A. B, Schneider E, Charlot S, Stark D. P, Furlanetto S. R, and Cirasuolo M
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 768 ページ: 196(14)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/768/2/196
  • 査読あり
• [雑誌論文] New Constraints on Cosmic Reionization from the 2012 Hubble Ultra Deep Field Campaign (2013)
  • 著者名/発表者名: Robertson B. E, Furlanetto S. R, Schneider E, Charlot S, Ellis R. S, Stark D. P, McLure R. J, Dunlop J. S, Koekemoer A, Schenker M. A, Ouchi M, Ono Y, Curtis-Lake E, Rogers A. B, Bowler R. A. A, and Cirasuolo M
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 768 ページ: 71(17)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/768/1/71
  • 査読あり
• [雑誌論文] The 2012 Hubble Ultra Deep Field (UDF12): Observational Overview (2013)
  • 著者名/発表者名: Koekemoer, A. M., Ellis, R. S., McLure, R. J., Dunlop, J. S., Robertson, B. E., Ono, Y., Schenker, M. A., Ouchi, M., Bowler, R. A. A., Rogers, A. B., Curtis-Lake, E., Schneider, E., Charlot, S., Stark, D. P., Furlanetto, S. R., Cirasuolo, M., Wild, V., Targett, T.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement 巻: 209 ページ: 3 (14pp)
  • DOI: 10.1088/0067-0049/209/1/3
  • 査読あり