近赤外線高分散分光観測による恒星組成解析の確立と銀河系研究への応用

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26287028
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 松永 典之 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (80580208)
• 研究分担者: 小林 尚人 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50280566) ; 河北 秀世 京都産業大学, 理学部, 教授 (70356129)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 光赤外線天文学 / 高分散分光 / 恒星化学組成 / 銀河系

研究実績の概要

本研究の目的は、銀河系円盤にある強い原稿を受けた天体の詳細な観測から銀河系の構造と進化を探るための基礎として、赤外線高分散分光の手法を確立することと、実際に円盤を探るトレーサとなる脈動変光星を見つけることである。
特に、あまり応用が進んでいない0.95～1.30マイクロメートルでの高分散分光観測を可能にしたWINERED分光器の超高分散化およびそのデータを用いる研究手法の確立が大きな目標の一つである。平成26年度末に購入した超高分散回折格子をWINEREDに取り付けるための改修を行い、平成27年8月にその回折格子を用いた初めての試験観測に成功した。従前の比波長分解能約3万よりもはっきりと鋭い吸収線が見られ、目標とする比波長分解能(約8万)に近い高い分散が得られることを確認できた。
一方、赤外線高分散分光の応用として、すばる望遠鏡IRCS分光器で得た1.48～1.78マイクロメートルのスペクトルを用いた研究も進めた。特に恒星の基本的なパラメータのひとつである有効温度を赤外線のスペクトルだけから導出するために、吸収線の強度比を用いる指標をこの波長域では世界で初めて導出した。さらに、銀河系中心領域のセファイド変光星の金属量を導出することに成功し、現在論文を執筆しているところである。
銀河系円盤のトレーサである脈動変光星を探すための研究も順調に進んだ。東京大学基礎観測所で行っているKISOGP変光天体探査では、約800個のミラ型変光星や約100個のセファイドを発見しており、それらの分布や運動、化学組成を明らかにするための観測も各天文台で進めている。平成28年2月には、中国、イタリアおよび国内の研究者が集まり、これらの観測と研究について議論を行う研究会を開催した。
諸外国の研究者との共同研究も積極的に進め、Laura Inno氏（イタリア）、Barry Madore氏（米国）、Richard de Grijs氏（中国）などを招待し、研究の打ち合わせや関連する研究会の開催を行った。

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

赤外線スペクトルによる化学組成測定のために、まず吸収線リストの検証と較正という基礎的な研究が必要である。このために、約8万という高い波長分解能を実現することが本研究計画の大きな目標であった。平成27年度には、その高い波長分解能での試験観測に成功した。また、従前の比波長分解能（約3万）での観測データも数多く取得し、吸収線リストの調査を現在進めているところである。一方、赤外線高分散分光データの利用として、すばる望遠鏡で得たスペクトルを用いる研究も順調に進み、平成27年度に有効温度の決定法についての論文を発表した(Fukue et al. 2015, ApJ, 812, 64)他、セファイド変光星の金属量測定についても現在論文を執筆しているところである。
南アフリカ天文台と木曽観測所で行ってきた変光星探査の成果については、論文発表には至っていないものの、さらに多くの変光星を発見することができ、それらに対する分光観測のデータも取得しつつある。
WINEREDによる海外天文台での観測については、チリで行うことを目標として定め、現地の研究者との打ち合わせや観測計画の検討も進めているところである。

今後の研究の推進方策

今年度は、(1)これまでにWINEREDで得られたスペクトルを用いた恒星組成解析法の確立、(2)木曽、南アフリカの変光星探査の成果についての論文執筆、(3)WINEREDを海外の望遠鏡で活用するための準備、を進める。
(1)超高分散化に成功したWINERED分光器については、必要に応じて高低両方の波長分解能での観測とそのデータを用いた研究を安定して行えるように、ハードウェア・ソフトウェア両面での改良を行っているところである。すでに多くのデータを得た比波長分解能約3万のスペクトルを用いて、恒星の有効温度と化学組成の導出方法の確立を行う解析を進める。また、超高分散分光モードで得られた金属量標準星の非常に多くの吸収線をリストアップするためのデータ解析も現在進めている。WINEREDのこれまでの開発・観測と超高分散化の成功については、国内の各研究会で発表を行い、2016年6月に英エディンバラで開催されるSPIE研究会(Astronomical Telescopes + Instrumentation)で発表を行う予定である。
(2)木曽観測所シュミット望遠鏡、南アフリカ天文台IRSF望遠鏡での変光星探査ではすでに主要な観測データを収集し、現在その解析を進めている。それぞれ数千個単位で新しい変光星を発見できているので、今年度中にその成果を論文にまとめる。
(3)WINERED分光器をチリの天文台に運んで、天体観測にとって非常によい条件の現地において観測する準備を進めようとしている。持ち込み装置として、現地の望遠鏡に取り付けて観測を行うために、必要なハードウェアの改修や輸送の準備、どのような観測を行うべきかという科学的な検討を進める。

次年度使用額が生じた理由

次年度使用としたのは基金として平成26年度に配分されていたものである。

次年度使用額の使用計画

最終年度である今年度は複数の国際研究会に参加して、これまでの研究成果について講演を行う予定である。また、WINERED分光器をチリの天文台に輸送して観測を行うための旅費にも充てる。

研究成果

• [国際共同研究] ローマ大学トルベルガータ校/INAF（ローマ天文台）(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: ローマ大学トルベルガータ校/INAF（ローマ天文台）
• [国際共同研究] 南アフリカ天文台/ケープタウン大学(南アフリカ)
  • 国名: 南アフリカ
  • 外国機関名: 南アフリカ天文台/ケープタウン大学
• [国際共同研究] 北京大学/中国科学院国家天文台(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 北京大学/中国科学院国家天文台
• [雑誌論文] Near-infrared Diffuse Interstellar Bands in 0.91-1.32 um (2015)
  • 著者名/発表者名: Hamano, S., Kobayashi, N., Kondo, S., Ikeda, Y., Nakanishi, K., Yasui, C., Mizumoto, M., Matsunaga, N., Fukue, K., Mito, H., Yamamoto, R., Izumi, N., Nakaoka, T., Kawanishi, T., Kitano, A., Otsubo, S., Kinoshita, M., Kobayashi, H., Kawakita, H.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 800 ページ: 137
  • DOI: 10.1088/0004-637X/800/2/137
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] New NIR light-curve templates for classical Cepheids (2015)
  • 著者名/発表者名: Inno, L., Matsunaga, N., Romaniello, M., Bono, G., et al. (25 authors in total)
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 576 ページ: A30
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201424396
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A study on the mid-infrared sources that dramatically brightened (2015)
  • 著者名/発表者名: Onozato, H., Ita, Y., Ono, K.., Fukagawa, M., Yanagisawa, K., Izumiura, H., Nakada, Y., Matsunaga, N.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 67 ページ: 3926
  • DOI: 10.1093/pasj/psv008
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] On the -element gradients of the Galactic thin disk using Cepheids (2015)
  • 著者名/発表者名: Genovali, K., Lemasle, B., da Silva, R., Bono, G., Fabrizio, M., Bergemann, M., Buonanno, R., Ferraro, I., Francois, P., Iannicola, G., Inno, L., Laney, C. D., Kudritzki, R.-P., Matsunaga, N., Nonino, M., Primas, F., Romaniello, M., Urbaneja, M. A., Thevenin, F.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 580 ページ: A17
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201525894
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Line-depth Ratios in H-band Spectra to Determine Effective Temperatures of G- and K-type Giants and Supergiants (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukue, K., Matsunaga, N., Yamamoto, R., Kondo, S., Kobayashi, N., Ikeda, Y., Hamano, S., Yasui, C., Arasaki, T., Tsujimoto, T., Bono, G., Inno, L.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 812 ページ: 64
  • DOI: 10.1088/0004-637X/812/1/64
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] IRSF/SIRIUS survey of pulsating stars towards the bulge (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga, N.
  • 学会等名: The Infrared Survey Facility: Past and Future
  • 発表場所: South African Astronomical Observatory, Cape Town (South Africa)
  • 年月日: 2016-03-02 – 2016-03-04
  • 国際学会
• [学会発表] Infrared spectroscopy of Cepheids in the Galactic Center and more (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga, N.
  • 学会等名: Subaru Users Meeting 2015
  • 発表場所: Hotel KKR, Atami (Japan)
  • 年月日: 2016-01-19 – 2016-01-21
  • 国際学会
• [学会発表] Kinematics of classical Cepheids in the Nuclear Stellar Disk (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga, N.
  • 学会等名: Frontiers of Stellar Spectroscopy-in the Local Group and Beyond
  • 発表場所: Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg (Germany)
  • 年月日: 2015-04-27 – 2015-04-30
  • 国際学会
• [学会発表] Studies of late type stars with z-, Y-, J-bands high-resolution spectrograph, WINERED (2015)
  • 著者名/発表者名: Kondo, S.
  • 学会等名: Frontiers of Stellar Spectroscopy in the Local Group and Beyond
  • 発表場所: Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg (Germany)
  • 年月日: 2015-04-27 – 2015-04-30
  • 国際学会
• [学会・シンポジウム開催] KISOGP: sciences and follow-up observations (2016)
  • 発表場所: Department of Astronomy, The University of Tokyo
  • 年月日: 2016-02-23 – 2016-02-23