遠赤外線-テラヘルツ波での近傍銀河サイエンス
江草芙実（東京大学）
SPICAサイエンス検討会「近傍銀河・銀河系」班

March 14, 2022

南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙1Outline• SPICAでの検討活動の概要• SPICA white papers in PASA
• SPICAサイエンス検討会（報告書、月報記事）• SPICAと南極望遠鏡の比較• 南極望遠鏡での実現可能性について

March 14, 2022

南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙

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“Exploring Astronomical Evolutionwith SPICA”• 10 articles in the collection• 5 of them have “galaxy” (or “galaxies”) in their titles• “SPICA and the Chemical Evolution of Galaxies: The Rise of Metals and Dust” FernándezOntiveros+17• “Feedback and Feeding in the Context of Galaxy Evolution with SPICA: DirectCharacterisation of Molecular Outflows and Inflows” González-Alfonso+17• “Galaxy Evolution Studies with the SPace IR Telescope for Cosmology and Astrophysics(SPICA): The Power of IR Spectroscopy” Spinoglio+17• “Unbiased Large Spectroscopic Surveys of Galaxies Selected by SPICA Using Dust Bands”
Kaneda+17• “Probing the Baryon Cycle of Galaxies with SPICA Mid- and Far-Infrared Observations”
van der Tak+18
https://www.cambridge.org/core/journals/publications-of-the-astronomical-society-of-australia/collections/exploringastronomical-evolution-with-spica
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南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙3

天文月報「SPICA特集」• 2020年11月号＆12月号• 「巻頭言 SPICAが切り拓くサイエンス」長尾透・尾中敬• 「次世代赤外線天文衛星SPICAの概要」山村一誠・金田英宏・尾中敬• 「SPICAが革新する銀河・ブラックホール進化サイエンス」泉拓磨• 「SPICAで見る近傍銀河と銀河系」江草芙実 ほか• 「SPICAで探る星形成・星間媒質」井上剛志 ほか• 「SPICAで探る惑星形成過程の物質進化」本田充彦 ほか• 「SPICAが切り拓くサイエンス：「太陽系・系外惑星」」平野照幸 ほかhttps://www.asj.or.jp/jp/activities/geppou/2020/entry629.html
https://www.asj.or.jp/jp/activities/geppou/2020/entry639.html
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南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙4サイエンス検討会「近傍銀河・銀河系」班

https://www.ir.isas.jaxa.jp/SPICA/SPICA_HP/suishin/docs/SPICA_final_report_20201201.pdf
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南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙

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SPICAと南極望遠鏡• 南極で観測可能な帯域と、SPICAで検討されていた帯域の重複は少ない！

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0.5 0.3• SPICAでの検討項目に加えて...
• Herschel/SPIREでの結果や• 遠方銀河を含むALMAでの結果• との比較が重要になるかも？
• （輝線だけじゃなく連続波のサイエンスも？？）March 14, 2022

南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙

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SPICAと南極望遠鏡

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南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙

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SPICAと南極望遠鏡
SAFARI/LLW (HR)ATT12

lambda[um]

frequency
[GHz]

df
[GHz]

dV
[km/s]

PSF[arcsec]

sensitivity
[Jy]

185

1620

0.749

140

1967e-3

1500

100

4.1

2.21500

14.122x 30

面輝度の感度はSAFARIの方が高いが、空間分解能と速度分解能はATT12の方が高い
淡く広がった構造より、明るく細かい構造を見るのに向いている

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南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙8サイエンス検討会「近傍銀河・銀河系」班

https://www.ir.isas.jaxa.jp/SPICA/SPICA_HP/suishin/docs/SPICA_final_report_20201201.pdf
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南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙

9星形成フィードバック• Question: 星形成フィードバックがISMに及ぼす影響は？
• 星の材料である「低温ISM」ではなく、星形成フィードバッ
クを受けた後の「暖かいISM」の状態を知りたい• Target: 近傍渦巻銀河の円盤部• Method:• 多輝線観測の輝線強度比から、ガスの物理状態を導出する“self-regulated star formation”• 星形成フィードバックの影響を受けていそうなガス（HII領域や若い星団、超新星残骸の周囲にあるガス）とそれ以外のガスの物理状態を比較する“diffuse ionized gas (DIG)”

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南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙10

T_e [K]・・・
n_e [/cc]
SMIとSAFARIの波長帯にある禁制線のemissivityの比をPyNeb (Luridiana+15) で計算
https://pypi.org/project/PyNeb/

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南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙11高光度赤外線銀河• Question: LIRGでのISMの状態は？
• LIRG as an analog of high-z SFMS
• 空間的に分解して、高い星形成率をどう説明できるかを知りたい• Target: 近傍LIRG• Method:• 多輝線観測の輝線強度比から、ガスの物理状態を導出する• その空間分布を銀河進化モデルと比較する

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南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙12

宇宙線による分子雲の電離• Question: 分子雲内部の電離度は？
• Target: 近傍のスターバースト銀河の中心部、AGN• Method: OH+、H2O+、H3O+の吸収線測定

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南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙

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recombination lines?

Spectral Lines
Namelambda
[um]

OH+

152

1972 CR電離[C II]

158

1897 ISM

OH

163

1839 (outflow?)

H3O+

172

1743 CR電離

H2O+

183

1638 CR電離

CO(13--12)200

1499 (AGN?)

13.6[N II]

205

1462 ISM

11.2

CO(12--11)2171382 (AGN?)

12.8

[C I]

370

810 x

11.0

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frequency
[GHz]

SPICA
topics

CR電離ATTsensitivity inlog(LIR [Lsun])
11.4

速度分解能が上がるのは嬉しいが、感度的には厳しくなる？
吸収線観測なので、高空間分解能の恩恵は受けない

ISM
高分解能は重要な利点「多輝線」が重要だったので、[C II] [NII] COだけではわかることが限られる（が、[C I]が増えるのは嬉しいかも）
対象天体としては、普通の渦巻銀河よりLIRGの方が適している

南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙

大気の窓を通らない輝線もあるかも？
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まとめ• 「SPICAで検討されていたテーマをそのままATTに」というのは難しい

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10.5 0.3• Herschel, SOFIA, ASTE, ALMA
• 遠方銀河• 大気の窓に注意• 連続波データを使ったサイエンスも• 偏光観測？

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南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙

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