岡本桜子@北京大

田中幹人@東北大石垣美歩@IPMU

銀河考古学分野における今後の観測計画
東北大学国際高等研究教育機構学際科学フロンティア研究所〜3 young starsのお話し〜

JK 田中幹人全体像とは？

銀河の化石はハローに散在している

ハローを観測して分かる全体像
Johnston+08のCDMシミュレーションの例!V[Fe/H]["/Fe]#(km/s)300kpcハローの密度，金属量，速度の構造が分かる

ゴール

日本の銀河考古学の観測の現状や計画をお伝えする．

アジェンダ
GA村と愉快な仲間達
銀河系の全体像〜恒星ハローとその仲間たち〜
そして，アンドロメダ銀河の全体像へ
Local Groupの向こう側

レビューと計画を交えつつ，距離別にご紹介0.01 < z < ~1

GA村(観測)Local Volume
10Mpc

Local Group岡本@北京大770kpc(250万光年)

石垣@IPMU

田中(賢)@NAOJ

田中(幹)@東北大

町長と役場の人たち：有本，千葉，青木，小宮山…

銀河系〜恒星ハローとその仲間たち〜

銀河系ハローの矮小銀河たち

提供：岡本全体像とは？

もっと複雑な銀河の構造

Outer Halo
Dark HaloThick Disk

Inner HaloThin DiskBulge

銀河系ハロー・ディスクの化学組成

Chemical tagging in nearby stars
High " stars
太陽近傍の金属欠乏星の間で，化学組成が均一ではなく，異なるグループに別れる
Low " stars−High-" star
−Low-" star
→もともとは別の矮小銀河内でできた星々が，矮小銀河の衝突合体によってできたので化学組成比の違うグループが見られる？
stellar halo、thick diskなど、銀河系の古い構造成分の形成過程との関わりは？
→石垣さんの研究

Nissen & Schuster 2010, 2011

Chemical abundances of thick disk,
inner halo and outer halo stars
Outer halo
(Zmax > 5-10kpc)

Inner halo
(Zmax < 5kpc)

Thick disk
(Zmax < 1kpc)

異なる運動の特徴をもつグループの星々（thick disk, innerhalo, outer halo）の間で化学組成（[X/Fe]）の分布が異なる
Ishigaki, Chiba & Aoki 2012
Ishigaki, Aoki & Chiba 2013

stellar halo，thick diskの化学組成（[Fe/H], ["/Fe]）分布⇒ 矮小銀河衝突・合体をふくむ銀河系形成過程を反映
さらに遠方のハロー星を含む一様な化学組成解析 ⇒ すばるPFS

銀河系ハローのストリーム

M5

Palomar5(Carlberg+2012, SDSS)

Stellar streams in a globular cluster Palomar 5
Examples of the FOCAS and DEIMOS fields
86

Pal5の星の視線速度からストリームの軌

4

Subaru+FOCAS, Keck+DEIMOS-中分散(R~6000-7000)多天体分光

2.0

ï2石垣

-ストリームおよびフィールドハローの星，500個以上の視線速度を測定
Subaru+HSC and PFS survey
石垣，岡本-恒星ストリームを新たに発見-銀河系ハローのポテンシャル・構造にさらなる制限を付ける

Pal 5 center

20観測計画°DEIMOS target

DEC

道が分かる

DEC

銀河系重力ポテンシャルのトレーサー

Observed with FOCAS

245

1.5
1.0
232

231
RA

240

230

235
RA

230

225

FOCAS spectra of Ca II triplet lines

銀河系ハローの矮小銀河

銀河系ハローの矮小銀河たち

Okamoto, S提供

Ultra Faint Dwarf Galaxies (UFDs)

Bootes I (800x600pc)

Bootes I (Mv=-5.92)
Distance = 65 ± 3 kpc
ellipticity = 0.22
RC = 194 ± 17 pc
RT = 0.7 ± 0.1 kpc
Rh = 235 ± 6 pc
MV = -5.9 ± 0.2#0 = 27.8 ± 0.6[Fe/H] = -2.5 (by Norris+2008)
Age~13.7GyrOkamoto+12.

HSC wideサーベイ

領域：1,400 deg2，フィルター：griz(Y)，
限界等級： ~ 26mag，サーベイ期間：2013B~ (5years)

・UFDs が新たに20個程度見つかる．
・250kpc以遠に，Mv<-7のclassical (isolated?) dwarfが見つかる．
・より遠くまでの星を観測できて，ハローの全体像やストリームも検出できる．

SDSS

HSC
LSST

そして，アンドロメダ銀河へ

Local Groupの地図

Okamoto, S提供

McConnachie+12
Brown+03

Tanaka+10(S-Cam)
表面輝度分布北北W-Shelf

南

金属量勾配

南アンドロメダ銀河ハローの観測が進むにつれて生まれてくる新たな問い
銀河系に比べて金属量が２倍以上高いのはなんで？（Ferguson+02，Tanaka+10，他多数）
年齢が若い恒星種族（~8Gyr）がいるのはなんで？（Brown+03，Tanaka+10，他多数）
20kpcまでde Vaucouleurs 則(r1/4)のバルジみたいな密度分布をしてるのはなんで？（Irwin+05,Tanaka+10,他多数）
metalはthick disk，回転はthin diskの未知の円盤が70kpcほど広がっている，なにそれ？（Ibata+05）
ハローはいったいどれほど広がっているのか？（Guhathakurta+05, Tanaka+10, Gilbert+12，他多数，現在180kpc）
金属量勾配があったりなかったり（Kalirai+06, Chapman+06, Tanaka+10）
複雑すぎるサブストラクチャー（Ibata+07，Gilbert+07，Tanaka+10，他多数）
広がった球状星団の新発見（Rh ~ 30pc, 普通は1~7pcくらい，Huxor+05）
いったい矮小銀河はいくつあるのか？（McConnachie+08，他多数，And29+NGC系あわせて30個以上,Mv~−6.3が最低）(Mv ~ −4とか5程度の) Ultra Faint Dwarf Galaxies はあるのか？
あれ？ところで銀河系にあるInner HaloとかOuter Haloはあるのか？
そもそも，metal-poorでsmoothに広がるような，ザ・ハローはあるのか？

WIDE:
・観測装置:
Subaru/HSC・フィルター:gʼ, rʼ, iʼ, NB515
・積分時間:-各3分 (gʼ,rʼ,iʼ)-15分 (NB515)
・観測領域：ハロー全体(172視野)→10晩必要

WIDE: Chiba, Tanaka, Komiyama, Guhathakurta. et al.
DEEP: Chiba, Tanaka, Komiyama, Guhathakurta. et al.

DEEP:
・観測装置:
Subaru/HSC・フィルター:gʼ, rʼ, iʼ
・積分時間:-各2時間 (gʼ,rʼ,iʼ)
・観測領域:WIDE survey後，おもしろそうな領域を観測WIDE: Chiba, Tanaka, Komiyama, Guhathakurta. et al.
DEEP: Chiba, Tanaka, Komiyama, Guhathakurta. et al.

観測で見つかるストリームの数は，シミュレーションで見つかるストリームの数より２倍以上少ない．
300kpc300kpcBullock & Johnston+05

NB515フィルターによって，バックグラウンドの表面輝度を約1.5等抑えられるストリームの累積光度関数（シミュレーション，Johnston+08）

300kpcBullock & Johnston+05

HSCからPFSへ
・視線速度の測定
・[Fe/H] (Ca II triplet)- 観測計画の概要 ★wide rangeの低分散モード @ V < 21.5
★観測領域: 短軸沿い約66平方度 (= 50 pointings)→一番外側でも約100個 / 視野のRGB星を拾える．
★積分時間: 5 時間 / 視野→トータル30夜.
★感度など:
S/N = 20 at $=5000Å @ V=21.5 magの星ダークマターサブハローの分布を検証
0 sub-halo

5 sub-halos& = 0°& = 70°100 sub-halos

1000 sub-halos& = −70°

Carlberg+11.

金属量空間でのフェイントストリームの発見

Johnston+08.

遠方銀河屋が思っていること：
Local Groupだけ調べて一般的な銀河形成が分かるとでも？
ちなみに，GA屋は「その訳の分からない銀河は近傍銀河のどれに対応していて，そんな訳の分からない銀河同士を比べて進化が議論できるとでも？(ヒソヒソ)」と思っている．

アンドロメダ銀河や銀河系は，銀河形成の仮説を検証する現場であるのと同時に，既存の銀河形成シナリオに対して新たな問いを生成する現場
人文社会・教育学の分野では「質的研究(エスノグラフィー)」という研究手法がある．

仮説検証型・量的研究

仮説生成型・質的研究

Galactic Archaeology

Galactic Ethnography

「質的研究」と「量的研究」：〜より一般的な銀河形成の描像へ近づくために〜

Local Groupの向こう側Local Volume

・ハローが存在してそう．
・ストリームはあるのかないのかよくわからない．
NGC253(Bailin+11)

M81(Barker+09)

NGC2403 (Barker+12)

銀河系ハローに比べて，数倍銀河系ハローに比べて，明るく，metalは2倍多い．

一桁暗く，metalは同程度

・ハローが存在してそう．
・ストリームがありそう．
NGC891 (Mouhcine+10)

M33 (McConnachie+10)

Sb

Sc

NGC55 (Tanaka+12)

ハッブル分類は銀河系と異なる

Irr

ペイオフマトリックス
ストリーム多い
早期型がない！

M31MW
NGC891→TMTを使おう

M33 NGC55

早期型

E

NGC4449

晩期型
Irr

S0
NGC253
M81 NGC2403

ストリーム少ない

渦巻銀河

21世紀のハッブルの音叉図
不規則銀河
バルジ＋ディスク＋ハロー
Irr

楕円銀河

ハッブルの音叉図
棒渦巻銀河

「質的研究」と「量的研究」：〜より一般的な銀河形成の描像へ近づくために〜

Local Volumeの向こう側
銀河考古学者たちがzで語る宇宙へ進出口径50cmの望遠鏡でここまで見える！

Martinez-Delgado+10

$CDM宇宙の検証までできてしまう！

z=0.01~1での銀河考古学
S-Cam V-band (~ HSC_wide depth) from Okamoto, S

HSC wide サーベイにあいのり(z<0.03)

田中(賢)＠NAOJ

領域：1,400 deg2，フィルター：griz(Y)，
限界等級： ~ 26mag，サーベイ期間：2013B~ (5years)
星質量成長率 → ダークマター成長率

円盤銀河ハローの時間進化
表面輝度分布がハローの領域まで描ける

HST/ACS, z~1z~1のハローの方が，近傍より明るく青い．
→z~1までにだいたい形成し，以降passiveに進化してきた？

SDSS(z<0.2) → HSC → TMT

ハローの明るさとカラーの時間進化が見える

Trujillo&Bakos13

まとめGA村(観測)0.01 < z < ~1

Local Volume
10Mpc

Local Group岡本@北京大770kpc(250万光年)

石垣@IPMU

田中(賢)@NAOJ

田中(幹)@東北大

メイン：HSC，PFS，TMT，(次世代AO)