電波観測で探る金属量が星間物質の進化に及ぼす影響

2021 年度 実績報告書

• 研究領域: 新しい星形成論によるパラダイムシフト：銀河系におけるハビタブル惑星系の開拓史解明
• 研究課題/領域番号: 21H00040
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 福井 康雄 名古屋大学, 理学研究科, 研究員 (30135298)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 星間物質

研究実績の概要

2020年からパンデミックの影響でチリ現地に渡航ができず、望遠鏡を運用し観測データを取得することができなかった。そのためアーカイブデータを用いた研究と理論的研究を進める方針とし、観測の実行は延期した。
まず、金属量が銀河系の1/3-1/5程度と少ない大マゼラン雲(LMC)において、ダスト放射と中性水素(HI)放射の強度を比較し、両者の相関を調べた。これまでにHIガスの衝突による分子雲形成と星形成の誘発が指摘されていたが、衝突しているHIガスは、より低金属量（銀河系の1/10程度）の小マゼラン雲(SMC)起源の可能性がある。これが正しいなら、衝突している領域で、HIに対するダスト量の比は小さくなるはずである。前景にある銀河系起源のガス・ダストは除外して調べる必要があるが、その手法を確立し、LMC内でのガス／ダスト比の分布を得ることができた。その結果、予想通りHIガス衝突領域では有意にダストの量が減っており、SMCからの星間物質の流入が示された。また同領域において、軟X線の広がった放射が得られており、その起源についても議論した。およそ100 km/s程度でLMCの銀河面にHIガスが衝突した場合、強い衝撃波加熱が起こり、電離した高温プラズマが発生すると考えて矛盾がないという結果を得た。ドイツのグループと共同で、論文を出版した。
次に銀河系の円盤にハローから落下するHI雲について、理論的研究を進めた。これにより、以前に申請者のグループが発見した中間速度雲と呼ばれるHI雲の、形態・速度的特徴が、雲の落下モデルで説明できることを示した。中間速度雲は、銀河系ハローにある低金属量のガスが円盤に落下、周囲のガスと相互作用することで減速し、また高金属量のガスと混合されると解釈できる。アメリカのグループと共同で論文を出版した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

これまで、世界的なパンデミックの影響で、2021年度は全く海外渡航することができなかった。利用する予定であったNANTEN2望遠鏡はチリのアタカマ砂漠にある。観測自体はリモートで実行可能であるが、運用メンバーが現地で発電機を起動し、維持管理する必要がある。2020年3月に運用メンバーは緊急帰国しており、望遠鏡も停止状態のまま、状況の改善を待つしかなかった。
しかしこの間、アーカイブデータを用いた研究を進め、今後の方針の変更についての検討を進めた。中間速度HI雲の研究については、銀河系の円盤にハローから落下する雲であるとのモデルを提案することができ、さらに全天の雲に対して同様の解析を適用することを始めた。
また理論計算の結果と観測データの比較も進めた。特に衝突ガスの密度や速度構造、フィラメント状構造の形成機構について、多くのヒントが得られた。これらをもとに、より具体的な観測データとの比較が進んでいる。

今後の研究の推進方策

上記の銀河系内およびLMCでの研究により、銀河に落下してくるガスが及ぼす影響について理解が進んだ。HI放射とダスト放射の強度から、異なる金属量を持つガスの分布を示す手法は非常に強力であることがわかり、さらに広い天域にこれを適用していくことで、現在の銀河系にどの程度外来のガスが降着しているのか、知ることができる。これは銀河進化の理解に対して重要な情報を与える。星形成により銀河円盤で消費されるガスの量を推定すると、現在と同じ星形成率を過去数10億年維持できない問題が指摘されていたが、この問題の解決にヒントが得られると期待される。またその衝突で誘発される星形成も、銀河進化を促進させる。
今後の研究方策として、まず銀河系内の広範囲を領域に分け、HIガスとダスト雲の強度の相関を求め、ガス／ダスト比の連続的な分布図を作成する。また視線速度や形態的特徴から、銀河円盤に落下しているガス雲を特定、質量降着率を推定する。
LMCにおいては、より広範囲で軟X線の広がった分布を調べ、落下しているHIガス雲との空間的相関を検証する。また分子ガスの量が衝突により誘発的に増加しているかを調べる。NANTEN2望遠鏡が再起動できれば、これらの領域でCO 1-0/2-1輝線の同時観測を実行し、分子ガスの物理量の推定を行う。

研究成果

• [雑誌論文] The Long Tails of the Pegasus?Pisces Arch Intermediate Velocity Cloud (2022)
  • 著者名/発表者名: Shelton R. L.、Williams M. E.、Parker Matthew C.、Galyardt J. E.、Fukui Y.、Tachihara K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 925 ページ: 190～190
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac39a4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nobeyama 45?m Local Spur CO survey. I. Giant molecular filaments and cluster formation in the Vulpecula OB association (2021)
  • 著者名/発表者名: Kohno Mikito、Nishimura Atsushi、Fujita Shinji、Tachihara Kengo、Onishi Toshikazu、Tokuda Kazuki、Fukui Yasuo、Miyamoto Yusuke、Ueda Shota、Kiridoshi Ryosuke、Tsutsumi Daichi、Torii Kazufumi、Minamidani Tetsuhiro、Saigo Kazuya、Handa Toshihiro、Sano Hidetoshi
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 74 ページ: 24～49
  • DOI: 10.1093/pasj/psab107
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] First extragalactic measurement of the turbulence driving parameter: ALMA observations of the star-forming region N159E in the Large Magellanic Cloud (2021)
  • 著者名/発表者名: Sharda Piyush、Menon Shyam H、Federrath Christoph、Krumholz Mark R、Beattie James R、Jameson Katherine E、Tokuda Kazuki、Burkhart Blakesley、Crocker Roland M、Law Charles J、Seta Amit、Gaetz Terrance J、Pingel Nickolas M、Seitenzahl Ivo R、Sano Hidetoshi、Fukui Yasuo
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 509 ページ: 2018~2193
  • DOI: 10.1093/mnras/stab3048
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of a Wind-blown Bubble Associated with the Supernova Remnant G346.6-0.2: A Hint for the Origin of Recombining Plasma (2021)
  • 著者名/発表者名: Sano H.、Suzuki H.、Nobukawa K. K.、Filipovi? M. D.、Fukui Y.、Moriya T. J.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 923 ページ: 15～15
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac1c02
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An Unbiased CO Survey toward the Northern Region of the Small Magellanic Cloud with the Atacama Compact Array. I. Overview: CO Cloud Distributions (2021)
  • 著者名/発表者名: Tokuda Kazuki、Kondo Hiroshi、Ohno Takahiro、Konishi Ayu、Sano Hidetoshi、Tsuge Kisetsu、Zahorecz Sarolta、Goto Nao、Neelamkodan Naslim、Wong Tony、Sewi?o Marta、Fukushima Hajime、Takekoshi Tatsuya、Muraoka Kazuyuki、Kawamura Akiko、Tachihara Kengo、Fukui Yasuo、Onishi Toshikazu
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 922 ページ: 171～171
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac1ff4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Kinetic temperature of massive star-forming molecular clumps measured with formaldehyde (2021)
  • 著者名/発表者名: Tang X. D., Henkel C., Menten K. M., Gong Y., Chen C.-H. R., Li D. L., Lee M.-Y., Mangum J. G., Ao Y. P., Muehle S., Aalto S., Garcia-Burillo S., Martin S., Viti S., Muller S., Costagliola F., Asiri H., Levshakov S. A., Spaans M., Ott J., Impellizzeri C. M. V., Fukui Y., He Y. X., Esimbek J., Zhou J. J., et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 655 ページ: A12～A12
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141804
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Massive star formation in the Carina nebula complex and Gum 31. II. A cloud?cloud collision in Gum 31 (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujita Shinji、Sano Hidetoshi、Enokiya Rei、Hayashi Katsuhiro、Kohno Mikito、Tsuge Kisetsu、Tachihara Kengo、Nishimura Atsushi、Ohama Akio、Yamane Yumiko、Ohno Takahiro、Yamada Rin I、Fukui Yasuo
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 73 ページ: 1255～1261
  • DOI: 10.1093/pasj/psab071
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ALMA CO Observations of the Mixed-morphology Supernova Remnant W49B: Efficient Production of Recombining Plasma and Hadronic Gamma Rays via Shock?Cloud Interactions (2021)
  • 著者名/発表者名: Sano H.、Yoshiike S.、Yamane Y.、Hayashi K.、Enokiya R.、Tokuda K.、Tachihara K.、Rowell G.、Filipovi? M. D.、Fukui Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 919 ページ: 123～123
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0dba
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Associated Molecular and Atomic Clouds with X-Ray Shell of Superbubble 30 Doradus C in the LMC (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamane Y.、Sano H.、Filipovi? M. D.、Tokuda K.、Fujii K.、Babazaki Y.、Mitsuishi I.、Inoue T.、Aharonian F.、Inaba T.、Inutsuka S.、Maxted N.、Mizuno N.、Onishi T.、Rowell G.、Tsuge K.、Voisin F.、Yoshiike S.、Fukuda T.、Kawamura A.、Bamba A.、Tachihara K.、Fukui Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 918 ページ: 36～36
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0adb
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A kinematic analysis of the CO clouds toward a reflection nebula NGC?2023 observed using the Nobeyama?45?m telescope: Further evidence for a cloud?cloud collision in the Orion region (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamada Rin I、Enokiya Rei、Sano Hidetoshi、Fujita Shinji、Kohno Mikito、Tsutsumi Daichi、Nishimura Atsushi、Tachihara Kengo、Fukui Yasuo
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 73 ページ: 880～893
  • DOI: 10.1093/pasj/psab050
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Three-dimensional dust geometry of the LMC H?<scp>i</scp> ridge region as revealed by the IRSF/SIRIUS survey (2021)
  • 著者名/発表者名: Furuta Takuya、Kaneda Hidehiro、Kokusho Takuma、Nakajima Yasushi、Fukui Yasuo、Tsuge Kisetsu
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 73 ページ: 864～879
  • DOI: 10.1093/pasj/psab052
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Giant molecular cloud formation at the interface of colliding supershells in the large magellanic cloud (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujii Kosuke、Mizuno Norikazu、Dawson J R、Inoue Tsuyoshi、Torii Kazufumi、Onishi Toshikazu、Kawamura Akiko、Muller Erik、Minamidani Tetsuhiro、Tsuge Kisetsu、Fukui Yasuo
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 505 ページ: 459～479
  • DOI: 10.1093/mnras/stab1202
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pursuing the Origin of the Gamma Rays in RX J1713.7-3946 Quantifying the Hadronic and Leptonic Components (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukui Yasuo、Sano Hidetoshi、Yamane Yumiko、Hayakawa Takahiro、Inoue Tsuyoshi、Tachihara Kengo、Rowell Gavin、Einecke Sabrina
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 915 ページ: 84～84
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abff4a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Explaining the extended GeV gamma-ray emission adjacent to HESS?J1825-137 (2021)
  • 著者名/発表者名: Collins T、Rowell G、Mitchell A M W、Voisin F、Fukui Y、Sano H、Alsulami R、Einecke S
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 504 ページ: 1840～1853
  • DOI: 10.1093/mnras/stab983
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The interstellar medium in young supernova remnants: key to the production of cosmic X-rays and $\gamma $-rays (2021)
  • 著者名/発表者名: Sano Hidetoshi、Fukui Yasuo
  • 雑誌名: Astrophysics and Space Science 巻: 366 ページ: 58~75
  • DOI: 10.1007/s10509-021-03960-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optical reconstruction of dust in the region of supernova remnant RX J1713.7?3946 from astrometric data (2021)
  • 著者名/発表者名: Leike R.、Celli S.、Krone-Martins A.、Boehm C.、Glatzle M.、Fukui Y.、Sano H.、Rowell G.
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 5 ページ: 832～838
  • DOI: 10.1038/s41550-021-01344-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA Observations of Giant Molecular Clouds in M33. III. Spatially Resolved Features of the Star formation Inactive Million-solar-mass Cloud (2021)
  • 著者名/発表者名: Kondo Hiroshi、Tokuda Kazuki、Muraoka Kazuyuki、Nishimura Atsushi、Fujita Shinji、Tosaki Tomoka、Zahorecz Sarolta、Miura Rie E.、Kobayashi Masato I. N.、Onodera Sachiko、Torii Kazufumi、Kuno Nario、Sano Hidetoshi、Onishi Toshikazu、Saigo Kazuya、Fukui Yasuo、Kawamura Akiko、Tsuge Kisetsu、Tachihara Kengo
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 912 ページ: 66～66
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abeb65
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The formation of the young massive cluster B1 in the Antennae Galaxies (NGC?4038/NGC?4039) triggered by cloud?cloud collision (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsuge Kisetsu、Tachihara Kengo、Fukui Yasuo、Sano Hidetoshi、Tokuda Kazuki、Ueda Junko、Iono Daisuke
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 73 ページ: 417～430
  • DOI: 10.1093/pasj/psab008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiwavelength analysis of the X-ray spur and southeast of the Large Magellanic Cloud (2021)
  • 著者名/発表者名: Knies J. R.、Sasaki M.、Fukui Y.、Tsuge K.、Haberl F.、Points S.、Kavanagh P. J.、Filipovi? M. D.
  • 雑誌名: Astronomy &amp; Astrophysics 巻: 648 ページ: A90～A90
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202038488
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] The formation and evolution of dense filaments and ridges (2021)
  • 著者名/発表者名: Bonne, L., Bontemps, S., Schneider, N., Fukui, Y. et al.
  • 学会等名: Annual meeting of the French Society of Astronomy and Astrophysics
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation for Evidence and Impacts of Cloud-Cloud Collisions in the Galactic Center III: The l=1.;°3 Complex (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga, K.; Enokiya, R.; Tachihara, K.; Torii, K.; Fukui, Y.
  • 学会等名: New Horizons in Galactic Center Astronomy and Beyond
  • 国際学会
• [学会発表] Evidence for the Major Cloud-Cloud Collisions in the Central Molecular Zone (2021)
  • 著者名/発表者名: Enokiya, R.; Fukui, Y.
  • 学会等名: New Horizons in Galactic Center Astronomy and Beyond
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation for Evidence and Impacts of Cloud-Cloud Collisions in the Galactic Center I: Common Foot Point of Molecular Loops 1 and 2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Enokiya, R.; Torii, K.; Matsunaga, K.; Fukui, Y.
  • 学会等名: New Horizons in Galactic Center Astronomy and Beyond
  • 国際学会
• [学会発表] Discovery of Molecular Loops in NGC 253 (2021)
  • 著者名/発表者名: Konishi, R.; Muraoka, K.; Onishi, T.; Tokuda, K.; Enokiya, R.; Fukui, Y.
  • 学会等名: New Horizons in Galactic Center Astronomy and Beyond
  • 国際学会