遠赤外線・サブミリ波スペクトル観測で暴く、塵に隠された銀河化学進化

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25707010
• 研究種目: 若手研究(A)
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 長尾 透 愛媛大学, 宇宙進化研究センター, 教授 (00508450)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 銀河進化 / 赤外線天文学 / 電波天文学 / 化学進化 / 電離ガス / スペクトル解析

研究概要

本課題の研究目的を達成するため、平成２５年度は（１）銀河の赤外線スペクトルに見られる禁制線を用いた物理化学状態診断法に関するモデル計算、（２）遠方銀河および遠方活動銀河核についての赤外線およびサブミリ波におけるスペクトルの観測とデータ解析および次年度以降に向けた観測提案の作成と提出、そして（３）当該研究分野における研究情勢の把握と関連する将来計画に向けた討議への参画、の３点に重点を置いて研究を進めた。
銀河の物理化学状態診断法に関するモデル計算については、完全電離領域および光解離領域を扱うモデルについて従来よりも広いパラメータ領域で診断を可能にするための計算を遂行し、その結果の一部はアルマ望遠鏡の観測報告論文における解釈という位置づけで公表した（De Breuck et al. 2014）。更に分子領域も含めた形にモデルを拡張するための試みも行い、IRAM電波干渉計の観測報告論文において観測結果の解釈の部分で公表するための準備を進めている。
観測とデータ解析については、アルマ望遠鏡を用いた遠方星形成銀河のミリ波観測が完了した。またミリ波サブミリ波観測と相補的な近赤外分光観測もすばる望遠鏡を用いて進め、特に明るい活動銀河核における窒素の相対組成比に着目したスペクトルデータを取得した。これはいずれも目下データの解析中である。また次年度以降の研究に必要な観測データを確保するための、すばる望遠鏡やアルマ望遠鏡を用いた観測に向けた提案活動も系統的に行った。
将来計画との関係では、我が国が中心となって検討を進めている大型赤外線冷却宇宙望遠鏡SPICAのサイエンス検討に参加し、遠赤外線スペクトルを用いて塵に覆われた銀河の物理化学組成を診断する方法や観測戦略の立案に関わった。この議論の成果をまとめ、平成２６年5月にオランダにて開催される国際研究会において招待講演の形で報告する予定である。

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

上記の通り、平成２５年度は（１）銀河の赤外線スペクトルに見られる禁制線を用いた物理化学状態診断法に関するモデル計算、（２）遠方銀河および遠方活動銀河核についての赤外線およびサブミリ波におけるスペクトルの観測とデータ解析および次年度以降に向けた観測提案の作成と提出、そして（３）当該研究分野における研究情勢の把握と関連する将来計画に向けた討議への参画、の３点に重点を置いて研究を進めた。それぞれについての達成度は以下の通り。
モデル計算に関しては、予定通り計算のパラメータ領域を広げるとともに分子ガス領域も取り込む計算についても結果が出つつあり、順調に進展していると言える。
観測とデータ解析については、アルマ望遠鏡を用いたミリ波観測とすばる望遠鏡を用いた赤外線観測のいずれも無事に観測を終えてデータを取得することができている。データ解析の完了は平成２６年度の課題となるが、平成２５年度に進めるべきところまで順調に進展していると言える。
将来計画に向けた討議への参画については、宇宙科学研究所SPICA Science Task Forceのメンバーとなって積極的な関与を強めているところである。この観点でも進捗に問題は見られない。
以上より、本課題の研究初年度にあたる平成２５年度において、研究はおおむね順調に進展していると結論付けた。

今後の研究の推進方策

研究２年目にあたる平成２６年度には、禁制線を用いた物理化学状態診断法に関するモデル計算、データ解析と追加観測、将来計画に向けた討議への参画、のそれぞれについて下記の通り研究を進める予定である。
モデル計算に関しては、水素とヘリウム以外の元素をひとまとめにして重元素として扱う従来の手法から一歩先に進め、銀河および活動銀河核の電離領域に対して各元素の相対組成比まで診断を可能にする手法について赤外線スペクトルとサブミリ波スペクトルの両方を視野に入れながら開発を進める。可能であれば、電離領域だけにとどまらず、光解離領域も取り込んだ形で元素相対組成比の診断についての手法を検討する。
データ解析と追加観測については、平成２５年度内に観測が完了したアルマ望遠鏡 cycle 1 のデータおよびすばる望遠鏡の共同利用観測のデータについて解析を完了させる。これらのデータをもとに、遠方銀河および活動銀河核の物理化学状態の診断を進め、特に遠方銀河におけるガスの割合と物理化学状態の関係について考察を進める。更に、平成２５年度に提案した観測のうち採択された分について、観測の準備を遅延なく進めることで精度のよい観測データが得られるようにする。
将来計画に向けた討議への参画については、引き続き宇宙科学研究所SPICA Science Task Forceのメンバーとしての活動を続けるとともに、当該分野の現状を総括して今後どのような戦略を取るべきかを議論するための国内勉強会・研究会を企画する。この中で、アルマ望遠鏡などを用いた短期的将来計画とSPICAに向けた長期的将来計画を有機的に統合して研究分野として取るべき方針を明らかにする。

次年度の研究費の使用計画

本課題の申請時には、平成２５年度、平成２６年度、平成２７年度、平成２８年度にそれじれ3,050千円、7,320千円、6,630千円、6,740千円の経費を計上し、平成２６年度から平成２８年度にかけて博士研究員を雇用する計画だった。しかし、実際の配分金額がそれぞれ2,000千円、4,200千円、3,800千円、3,900千円（基金分と補助金分の合計額）であったために当初予定通りに博士研究員を雇用することができなくなった。そのため、初年度に行う予定であった内容の一部を縮小し、基金分の一部を平成２６年度に執行することで博士研究員のための人件費を確保する必要が生じた。
上記の通り、平成２６年度に必要な人件費を確保するために平成２５年度分の一部を翌年度に執行することとしている。

研究成果

• [雑誌論文] Flaring up of the compact cloud G2 during the close encounter with Sgr A* (2014)
  • 著者名/発表者名: Saitoh, Takayuki R.; Makino, Junichiro; Asaki, Yoshiharu; Baba, Junichi; Komugi, Shinya; Miyoshi, Makoto; Nagao, Tohru; Takahashi, Masaaki; Takeda, Takaaki; Tsuboi, Masato; Wakamatsu, Ken-ichi
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 66 ページ: id.1
  • DOI: 10.1093/pasj/pst003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extragalactic science, cosmology, and Galactic archaeology with the Subaru Prime Focus Spectrograph (2014)
  • 著者名/発表者名: Takada, M.; Ellis, R. S.; Chiba, M.; Greene, J. E.; Aihara, H.; Arimoto, N.; Bundy, K.; Cohen, J.; Dore, O.; Graves, G.; Gunn, J. E.; Heckman, T.; Hirata, C. M.; Ho, P.; Kneib, J.; Le Fevre, O.; Lin, L.; More, S.; Murayama, H.; Nagao, T.; et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 66 ページ: id.R1
  • DOI: 10.1093/pasj/pst019
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Direct" Gas-phase Metallicities, Stellar Properties, and Local Environments of Emission-line Galaxies at Redshifts below 0.90 (2014)
  • 著者名/発表者名: Ly, Chun; Malkan, Matthew A.; Nagao, Tohru; Kashikawa, Nobunari; Shimasaku, Kazuhiro; Hayashi, Masao
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 780 ページ: id.122
  • DOI: 10.1088/0004-637X/780/2/122
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metallicity evolution, metallicity gradients, and gas fractions at z~3.4 (2014)
  • 著者名/発表者名: Troncoso, P.; Maiolino, R.; Sommariva, V.; Cresci, G.; Mannucci, F.; Marconi, A.; Meneghetti, M.; Grazian, A.; Cimatti, A.; Fontana, A.; Nagao, T.; Pentericci, L.
  • 雑誌名: Astronomy and Astrophysics 巻: 563 ページ: id.A58
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201322099
  • 査読あり
• [雑誌論文] ALMA resolves turbulent, rotating [CII] emission in a young starburst galaxy at z=4.8 (2014)
  • 著者名/発表者名: De Breuck, C.; Williams, R.; Swinbank, M.; Caselli, P.; Coppin, K.; Davis, T.; Maiolino, R.; Nagao, T.; Smail, I.; Walter, F.; Weiss, A.; and Zwaan, M.
  • 雑誌名: Astronomy and Astrophysics 巻: 未定 ページ: 未定
  • 査読あり
• [雑誌論文] Environmental Effects on Star Formation Activity at z~0.9 in the COSMOS Field (2013)
  • 著者名/発表者名: Kajisawa, M.; Shioya, Y.; Aida, Y.; Ideue, Y.; Taniguchi, Y.; Nagao, T.; Murayama, T.; Matsubayashi, K.; Riguccini, L.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 768 ページ: id.51
  • DOI: 10.1088/0004-637X/768/1/51
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Comparative Analysis of Virial Black Hole Mass Estimates of Moderate-luminosity Active Galactic Nuclei Using Subaru/FMOS (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka, K.; Silverman, J. D.; Schramm, M.; Steinhardt, C. L.; Nagao, T.; Kartaltepe, J.; Sanders, D. B.; Treister, E.; Hasinger, G.; Akiyama, M.; Ohta, K.; Ueda, Y.; Bongiorno, A.; Brandt, W. N.; Brusa, M.; Capak, P.; Civano, F.; Comastri, A.; Elvis, M.; et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 771 ページ: id.64
  • DOI: 10.1088/0004-637X/771/1/64
  • 査読あり
• [雑誌論文] A statistical relation between the X-ray spectral index and Eddington ratio of active galactic nuclei in deep surveys (2013)
  • 著者名/発表者名: Brightman, M.; Silverman, J. D.; Mainieri, V.; Ueda, Y.; Schramm, M.; Matsuoka, K.; Nagao, T.; Steinhardt, C.; Kartaltepe, J.; Sanders, D. B.; Treister, E.; Shemmer, O.; Brandt, W. N.; Brusa, M.; Comastri, A.; Ho, L. C.; Lanzuisi, G.; Lusso, E.; Nandra, K.; Salvato, M.; Zamorani, G.; Akiyama, M.; et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 433 ページ: 2485-2496
  • DOI: 10.1093/mnras/stt920
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strongly star-forming rotating disks in a complex merging system at z = 4.7 as revealed by ALMA (2013)
  • 著者名/発表者名: Carniani, S.; Marconi, A.; Biggs, A.; Cresci, G.; Cupani, G.; D'Odorico, V.; Humphreys, E.; Maiolino, R.; Mannucci, F.; Molaro, P.; Nagao, T.; Testi, L.; Zwaan, M. A.
  • 雑誌名: Astronomy and Astrophysics 巻: 559 ページ: id.A29
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201322320
  • 査読あり
• [雑誌論文] The FMOS-COSMOS Survey of Star-forming Galaxies at z ~ 1.6. I. H_alpha-based Star Formation Rates and Dust Extinction (2013)
  • 著者名/発表者名: Kashino, D.; Silverman, J. D.; Rodighiero, G.; Renzini, A.; Arimoto, N.; Daddi, E.; Lilly, S. J.; Sanders, D. B.; Kartaltepe, J.; Zahid, H. J.; Nagao, T.; Sugiyama, N.; Capak, P.; Carollo, C. M.; Chu, J.; Hasinger, G.; Ilbert, O.; Kajisawa, M.; Kewley, L. J.; Koekemoer, A. M.; et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 777 ページ: id.L8
  • DOI: 10.1088/2041-8205/777/1/L8
  • 査読あり
• [雑誌論文] FIR-Submm Metallicity Diagnostics for High-z Galaxies (2013)
  • 著者名/発表者名: Nagao, T.; Maiolino, R.; De Breuck, C.; Caselli, P.; Hatsukade, B.; Saigo, K.
  • 雑誌名: ASP Conference Series 巻: 476 ページ: 29
• [学会発表] Probing the evolution of the physical and chemical properties of star-forming galaxies using SPICA/MCS (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nagao, S. Oyabu, H. Inami, T. Wada, et al.
  • 学会等名: 国際研究会 "From exoplanets to distant galaxies: SPICA's new window on the cool Universe"
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 20130618-20130621
• [学会発表] Chemical Properties of Active Galactic Nuclei
  • 著者名/発表者名: T. Nagao, R. Maiolino, A. Marconi, K. Matsuoka
  • 学会等名: 国際研究会 “Seeking the Leading Actor on the Cosmic Stage”
  • 発表場所: Castellammare del Golfo, Sicily (Italy)
  • 招待講演
• [学会発表] AGN Sciences: from Subaru to TMT
  • 著者名/発表者名: T. Nagao
  • 学会等名: 国際研究会 “Thirty Meter Telescope Science Forum”
  • 発表場所: Waikoloa, Hawaii (USA)
  • 招待講演
• [学会発表] 高赤方偏移活動銀河核の広帯域近赤外分光観測
  • 著者名/発表者名: T. Nagao
  • 学会等名: ワークショップ “TAO/SWIMS Science Workshop 2013”
  • 発表場所: 東京大学
  • 招待講演
• [学会発表] Sub-mm views of high-z AGN hosts: their chemical evolution
  • 著者名/発表者名: T. Nagao, R. Maiolino, C. De Breuck, A. Marconi, K. Matsuoka, B. Hatsukade, P. Caselli
  • 学会等名: 国際研究会 “East-Asia AGN Workshop 2013”
  • 発表場所: 北海道札幌市
• [学会発表] QSO/AGN Studies with HSC
  • 著者名/発表者名: T. Nagao
  • 学会等名: 研究会 “HSC collaboration meeting 2013”
  • 発表場所: 国立天文台三鷹
• [学会発表] AGN Sciences with MICHI
  • 著者名/発表者名: T. Nagao
  • 学会等名: ワークショップ “TMT-MICHI killer science workshop”
  • 発表場所: 東京大学
• [学会発表] Chemical Evolution of AGNs: from Optical/NIR to FIR/Submm
  • 著者名/発表者名: T. Nagao
  • 学会等名: 研究会 “SMBH-REC kick-off meeting 2013”
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] Synergy between Subaru and large surveys in 2020’s: The case for high-z AGN/SMBH
  • 著者名/発表者名: T. Nagao
  • 学会等名: 研究会 “2020年代の銀河サーベイ計画とすばる望遠鏡とのシナジー”
  • 発表場所: 国立天文台三鷹
  • 招待講演
• [学会発表] Observational Studies on Super-massive Black Holes: Recent Hot Topics and the Next Steps
  • 著者名/発表者名: T. Nagao
  • 学会等名: 研究会 “初代星初代銀河研究会”
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 招待講演
• [学会発表] Extragalactic Studies with ALMA Archival Data
  • 著者名/発表者名: T. Nagao
  • 学会等名: 日本天文学会2014年春季年会ALMA特別セッション
  • 発表場所: 国際基督教大学
  • 招待講演