南極THz望遠鏡による遠方銀河の輝線探査
井上昭雄（大阪産業大学）

2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

1

話の内容
• 遠方銀河観測の現状• 赤方偏移z=7.2の[OIII]88輝線検出• [OIII]52/88輝線予想光度関数• 議論

2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス2

紫外線光度関数

Cucciati et al. (2013) with VVDS

Bouwens et al. (2015) with HST/WFC3

2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス3

赤外線光度関数
Gruppioni et al. (2013) with Herschel

2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス4Lyα光度関数
Konno et al. (2016)2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

Ouchi et al. (2010)5

Lyα光度密度vs紫外線光度密度
Konno et al. (2016)2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

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Hα光度関数

Sobral et al. (2015)⇒2.8<z<6.6 with JWST
2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

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[OII]3727, [OIII]5007光度関数
Khostovan et al. (2017)⇒5.7<z<12 with JWST
2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス⇒4.0<z<9.0 with JWST8

[CII]158光度関数
z~6 with ALMA[CII] search around massive halos suchas QSOs and SMGs by Miller+16

Blind [CII] searches

Hayatsu et al. 20172017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

9By Courtesy of Y. Tamura

2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

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By Courtesy of Y. Tamura

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南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス11

初期宇宙[OIII] 88μm輝線：予想[OIII]放射率• Herschelによる近傍低金属量銀河の[OIII]88輝線観測結果にもとづく予想では、[OIII]88輝線はz>7でもALMAで検出可能→新しいプローブ
Inoue et al. (2014)2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

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ALMA観測結果

Inoue et al. 2016, Science• [OIII] 88 mm輝線の検出(5.3σ).
• z([OIII])=7.2120  最遠方酸素！
Contour: [OIII]88
Color: Lyα (NB1006)

ΔLyα=+110±30 km/s

2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

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ALMA観測結果

Inoue et al. 2016, Science[OIII]/UV• [OIII]の位置で[CII]輝線は未検出• ダスト連続光は未検出[OIII]/[CII][OIII]/IR• Band 6 & 8Black: [CII]White: [OIII]
金属量2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

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初期宇宙[OIII]88輝線検出2例目
Carniani et al. (2017) LBG/LAE z(Lyα)=7.109, z(OIII)=7.097
ALMA Bands 6 and 8
astrometric consistency

440 km/s
0.7”~4 pkpc

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南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス15

THz輝線予想光度関数
Empirical estimation based on IR luminosity functions (Spinoglio et al. 2012)2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

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[OIII]88, [NII]122/205輝線予想光度関数
Orsi et al. (2014)
Semi-analytic model
predictions using
Mappings-III
輝線幅Δv=50 km/s

2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス17

[OIII]52/88輝線予想光度関数

UV LF: Cucciati et al. (2013), Bouwens et al. (2015); UV dust correction (Burgarella et al. 2013)
Line emissivity (Inoue et al. 2014) 直線: Z=0.2Zsun, 破線: Z=Zsun, 点線: Z=0.02Zsun
輝線幅Δv=50 km/s
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南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

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[OIII]52/88輝線予想光度関数
z~31500 GHz
850 GHz~0.5 Jy km/s

UV LF: Cucciati et al. (2013), Bouwens et al. (2015); UV dust correction (Burgarella et al. 2013)
Line emissivity (Inoue et al. 2014) 直線: Z=0.2Zsun, 破線: Z=Zsun, 点線: Z=0.02Zsun
輝線幅Δv=50 km/s
2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

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[OIII]52/88輝線予想光度関数
z~4.51000 GHz
650 GHz~0.5 Jy km/s

UV LF: Cucciati et al. (2013), Bouwens et al. (2015); UV dust correction (Burgarella et al. 2013)
Line emissivity (Inoue et al. 2014) 直線: Z=0.2Zsun, 破線: Z=Zsun, 点線: Z=0.02Zsun
輝線幅Δv=50 km/s
2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

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[NII]122/205輝線予想光度関数
z~1.31000 GHz
650 GHz~0.5 Jy km/s

UV LF: Cucciati et al. (2013), Bouwens et al. (2015); UV dust correction (Burgarella et al. 2013)
Line emissivity (Inoue et al. 2014) 直線: Z=0.2Zsun, 破線: Z=Zsun, 点線: Z=0.02Zsun
輝線幅Δv=50 km/s
2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

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[NII]122/205輝線予想光度関数
z~2850 GHz
450 GHz~0.5 Jy km/s

UV LF: Cucciati et al. (2013), Bouwens et al. (2015); UV dust correction (Burgarella et al. 2013)
Line emissivity (Inoue et al. 2014) 直線: Z=0.2Zsun, 破線: Z=Zsun, 点線: Z=0.02Zsun
輝線幅Δv=50 km/s
2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

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[NII]122/205輝線予想光度関数
z~3650 GHz350 GHz~0.5 Jy km/s

UV LF: Cucciati et al. (2013), Bouwens et al. (2015); UV dust correction (Burgarella et al. 2013)
Line emissivity (Inoue et al. 2014) 直線: Z=0.2Zsun, 破線: Z=Zsun, 点線: Z=0.02Zsun
輝線幅Δv=50 km/s
2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス23

予想検出個数>~0.5 Jy km/s, 100 arcmin2, dz=0.1Line/
Redshiftz~3z~4.5[OIII]52(Z=Zsun)~1~1e-4[OIII]88(Z=0.2Zsun) (Z=Zsun)~2~10~1e-3~0.1(Z=0.2Zsun)~20~0.2Line/
Redshiftz~1.3[NII]122(Z=Zsun)~4[NII]205(Z=0.2Zsun) (Z=Zsun)
0~20(Z=0.2Zsun)
0z~2z~3~1~0.30000

2017/3/3~6~1

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス24

議論：輝線光度密度(比)の進化
SFR (<- UV)
E.g., [OIII]88  Ionizing emissivity evolution

log10(ρ)(Cosmic reionization)
 N/O abundance evolution(Cosmic chemical evolution)
E.g., [NII]205

Redshift2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス25

宇宙の星形成史

Madau & Dickinson (2014)

ダスト減光量

オリーブ色は紫外・赤外光度密度比から、他は紫外線スペクトルスロープから推定
2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス26

宇宙の星形成史

2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス

Madau & Dickinson (2014)27

宇宙の恒星質量密度進化史
Madau & Dickinson (2014)2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス28

宇宙の金属量進化史

Madau & Dickinson (2014)

Mass-weighted mean stellar metallicity

Mean iron abundance in galaxy clusters
Column density-weighted
mean metallicity in DLAs

O VI abundancein Lyα forest
C IV (C II) abundance

2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス29

宇宙のダスト量進化史

ダスト減光量

オリーブ色は紫外・赤外光度密度比から、他は紫外線スペクトルスロープから推定
Madau & Dickinson (2014)

Popping et al. (2017)
Semi-analytical model predictions
2017/3/3

南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス30