南極テラヘルツ望遠鏡で探る
宇宙赤外線背景放射の起源廿日出 文洋（東京大学 天文学教育研究センター）

南極から遠赤外線-テラヘルツ波で探る宇宙, 2022年3月14日, 国立極地研究所＋オンライン

Cosmic Infrared Background

Optical Background

Infrared Background

Dole+2006廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

2

Spectral Energy Distribution

Lagache+2005
廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

3

Cosmic IR
BackgroundNumber Counts
integrate

IR Luminosity
Functions

integrate

CIB at 1.2 mm

e.g., Hatsukade+2013, 2016, 2018
廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

4

Herschel

FIR-millimeter Observations© ESA

AzTEC/ASTE 1.1 mm image(Hatsukade+2011)

Casey+2014

JCMT

APEX

© East Asian Observatory

IRAM 30m

© ESO

ASTE

© IRAM廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

5

Source Confusion, Blending
beamsize: 6”7”7”

beamsize: 18”

26”

36”

beamsize: 15”

19”

11”
1’
Casey+2014

廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

6

ALMA Resolves the CIB
AzTEC/ASTE 1.1 mm(FWHM ~ 30”)

ALMA 1.1 mm(FWHM ~ 0.5”)

S. Ikarashi et al. in prep.
© ESO/C. Malin廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

7

integrate

CIB at 1 mm with ALMA

Fujimoto+2015

廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

8

CIB at 650 μm with ALMA
• ALMA band 8 archive data of calibrator fields (~5.5 arcmin2 in total)• 21 sources (>4.5σ) in the FoVs, down to 0.7 mJy➔ ⋍100% of the CIB at 650 μm is resolved

Klitsch+2020

廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

9

CIB at 450 μm with SCUBA-2• SCUBA-2 observations down to ~ 1 mJy
blank fields (down to ~4 mJy) + cluster lensing fields➔ The majority of CIB at 450 μm is resolved◼ Chen+2013, Casey+2013, Geach+13, Wang+2017

Chen+2013廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

10

CIB at 250-500 μm with Herschel• Herschel/SPIRE resolved only ~10-20% of the CIB due toconfusion (~20 mJy)
• Stacking analysis using MIPS 24 μm sources as a prior➔ ⋍100% of the CIB at 250, 350, and 500 μm is resolved
Bethermin+2012

unresolved

unresolved廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

unresolved

11

Discrepancy between Herschel and SCUBA-2• Herschel counts at 350 and 500 μm lie significantly
above SCUBA-2 450 μm counts ➔ source blending?

Wang+2017
廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

12Wavelength

Instrument

Resolved Fraction

100 μmHerschel

160 μmHerschel

250 μmHerschel

350 μmHerschel

500 μmHerschel

450 μm
650 μmSCUBA-2
SCUBA-2

850 μmSCUBA-2

1.1-1.3 mm

ALMANote

Ref.

~75%

Blank field

Magnelli+2013~75%

Blank field

Berta+2011, Magnelli+2013~89%

P(D) analysis

Berta+2011~15-20%Blank fieldOliver+2010, Bethermin+2012~73%

Stacking (>2 mJy)

Bethermin+2012~11-12%

Blank fieldOliver+2010, Bethermin+2012~69%

Stacking (>2 mJy)

Bethermin+2012~5-6%

Blank fieldOliver+2010, Bethermin+2012~55%

Stacking (>2 mJy)

Bethermin+2012~20-30%Blank field

Geach+2013, Wang+2017

48-153%

Lensing cluster

Chen+2013

83%

P(D) analysis

Wang+2017⋍100%

Calibrator fields

Klitsch+2020~30%

Blank fieldCoppin+2006, Zavala+2017

44-178%

Lensing cluster

Chen+2013~93%

Blank field

González-López+2020⋍100%

Lensed source

Fujimoto+2015

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Antarctic 12-m Terahertz Telescope
ATT12 resolves the CIB at 350 μm for the first time!
ν (GHz)λ (μm)HPBW (“)

5σrms (mJy), 10 hrConfusion, 5σ (mJy)

650

460

9.5

0.60

1.97

850

350

7.3

1.17

2.49

1000

300

6.2

12.9

1.71

ATT12

© NASA and STScI

Bethermin+2012

廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

14

Antarctic 12-m Terahertz Telescope• Probe the faint-end of
number counts, luminosity
functions at 350-500 μm
Constraints on galaxy
evolution models

Luminosity functions(Bethermin+2012)廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

15

Euclid• Launch is planned for 2022
• Broad band filters of R, I, Z, Y, J, H
• Euclid Deep Fields (EDF)©ESAEDF-North, EDF-Fornax, and EDF-South (decl. ~ -50°)

Scaramella+2021
廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

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Nancy Grace Roman Space Telescope• NASA observatory with a 2.4 m primary
mirror (same as HST)
• slated to launch in the mid-2020s• 100x greater FoV than HST IR instrument

Akeson+2019廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

Credit : GSFC/SVS

Koekemoer+201917

TolTEC Camera on LMT• Large Millimeter Telescope
50m diameter telescope at 4600 m• TolTEC
3 colors, 7000 KIDS detectors
Large Scale Structure Survey◼ 40-60 sq. deg.

Ultra-Deep Galaxy Survey◼ 0.8 sq. deg. in UDS, COSMOS, GOODS-S

λFWHM

Npix

RMS in LSSSRMS in UDGS

2.0 mm9.5”

450

250 μJy/bm

25 μJy/bm

1.4 mm6.3”

900

180 μJy/bm

18 μJy/bm

1.1 mm5.0”

1800

120 μJy/bm

12 μJy/bm廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

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Summary• CIB contains important information of galaxy evolution• The origin of CIB at 350-500 μm is not well understood• ATT12 will resolve the CIB at 350-500 μm for the first time

Bethermin+2012

廿日出 文洋（東京大学）「南極テラヘルツ望遠鏡で探る宇宙赤外線背景放射の起源」

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