2030年代にどうしたいのか:
銀河形成の観点から
橋本 拓也
早稲田大学(日本学術振興会特別研究員PD)

内容
l 最近やっている研究の紹介•

今日話す内容に深く関わる

l 2020年代 (ある程度見えている未来) と2030年代 (いま創り出していく未来): 「最初の」銀河の解明• 既に検討されている現実的な選択肢から個人的な興味ベースで••

LUVOIR etc. の国際大型プロジェクトか?
WISH-long etc. の日本独自プロジェクトか?
• 人的リソースとか貢献などの議論はどちらも必要• 今日-明日?

内容l 最近やっている研究の紹介•

今日話す内容に深く関わる

l 2020年代 (ある程度見えている未来) と2030年代 (いま創り出していく未来): 「最初の」銀河の解明• 既に検討されている現実的な選択肢から個人的な興味ベースで••

LUVOIR etc. の国際大型プロジェクトか?
WISH-long etc. の日本独自プロジェクトか?
• 人的リソースとか貢献などの議論はどちらも必要• 今日-明日?

最近の研究紹介
ALMA で z = 9.11 [OIII] 88 μm 輝線の分光 (Hashimoto+18 Nature)
see also Hashimoto+19a, b; Tamura, Mawatari, Hashimoto+19

ALMA [OIII] contour
on HST UV imagez = 9.117.4σ

ü 輝線天体として史上最遠方 (宇宙年齢 5.5 億年)-- Pre-reionization era

最近の研究紹介
ALMA で z = 9.11 [OIII] 88 μm 輝線の分光 (Hashimoto+18 Nature)
SpitzerIRAC
HST

ü 多波長: HST (可視-1.6 μm) + 地上 (2 μm) + Spitzer (3.6 and 4.5 μm)
静止系 1600 – 2000 Å (紫外)

静止系 3600 – 4500 Å (可視光)最近の研究紹介
ALMA で z = 9.11 [OIII] 88 μm 輝線の分光 (Hashimoto+18 Nature)
Spitzer
IRAC

3億年さかのぼる

HSTバルマーブレイク

ü 多波長: HST (可視-1.6 μm) + 地上 (2 μm) + Spitzer (3.6 and 4.5 μm)
静止系 1600 – 2000 Å (紫外)

静止系 3600 – 4500 Å (可視光)ü バルマーブレイク (年老いた星種族が z = 9.1 で既に存在した)! 星形成の開始は z 〜15 (2.5億年)

内容
l 最近やっている研究の紹介•

今日話す内容に深く関わる

l 2020年代 (ある程度見えている未来) と2030年代 (いま創り出していく未来): 「最初の」銀河の解明• 既に検討されている現実的な選択肢から個人的な興味ベースで••

LUVOIR etc. の国際大型プロジェクトか?
WISH-long etc. の日本独自プロジェクトか?
• 人的リソースとか貢献などの議論はどちらも必要• 今日-明日?

2020年代は?
l z = 7 – 10 (宇宙年齢 7.5 – 4.6 億年) の銀河Ø 統計的な研究 (光度関数、クラスタリング)Ø 多波長でISM の諸相を包括的に研究さらなる長波長で広視野なデータも重要Ø 形態学(例: z = 9 銀河の Spitzer 3.6, 4.5 μm データ)
Ø 運動学
ü Subaru (< 1μm) + WFIRST (1-2μm) などの広視野サーベイによる撮像研究 (光度関数、クラスタリング c.f., Ono+18, Harikane+18)
ü JWST による z = 7- 10 サンプルの提供。そして可視輝線の分光。
ü ELTs (TMT) による形態学、紫外吸収線によるガスアウトフロー、静止系紫外輝線 (Lyα, CIII] 1909)
AGN
ü SPICA による有機物 (7.7μm)、ダスト、MIR 輝線 e.g., [OIV] 26 μm
ü ALMA によるダスト、PDR ガス ([CII] 158)、電離ガス ([OIII] 52/88)

2030年代にやりたいサイエンス:
最初の星や銀河
様々な波長でキーサイエンスの１つ↔︎多波長が手を組んで共通の目的へ向かう (例 電波 ALMA2, LMT など)
NHK 全国ニュース

最初とは? どのような望遠鏡/装置が提案されていて、「最初」に切り込めるのか？ (2018年光赤天連シンポジウム)

2030年代にやりたいサイエンス:
最初の星や銀河「最初」その1: 現在~2020年代のフロンティア (z~10) を極める
LUVOIR- 圧倒的感度@< 2 μm (z ~ 10 で ~ 105 M¤)- 遠方の矮小銀河が見える à Pop III 銀河 (HeII 1640)- 重力レンズ効果と合わせて星(団)まで見える可能性

9.2 m15.1 m

重力レンズ効果で掃天体積 大
暗い側まで
à 右上側へ伸びる

Ouchi et al.

さらなる長波長は「最初の銀河」に不可欠
z = 9.1 銀河の例
HSTSpitzer
IRAC1.6 μm 2.1 μm
1.2 μmü 多波長: HST (可視-1.6 μm) + 地上 (2 μm) + Spitzer (3.6 and 4.5 μm)でもっともらしい撮像high-z候補を確保する必要がある
ü Spitzer は分解能が悪く、多くの high-z 天体をロスしている可能性あるü 将来: Subaru (可視-1μm) + WFIRST (1-2 μm) の視野と相補的な性能

2030年代にやりたいサイエンス:
最初の星や銀河「最初」その2: フロンティアそのものを押し広げる (z=10-15)
児玉さん資料より• 理論的に予想される初代銀河 (z ~ 15) を直接的に見に行く• LUVOIR etc. と併せて銀河形成分野の完成へ2030年代にやりたいサイエンス:
最初の星や銀河「最初」その2: フロンティアそのものを押し広げる (z=10-15)
l 強み• スペース赤外線望遠鏡 (AKARI, SPICA)
技術的なヘリテージ (冷凍機、軽量化の技術)• 広視野 (Subaru/HSC)
JWST とは相補的かつ「ユニークなパラメータスペース」• z = 10 – 15 を狙える
• ALMA や TMT とは分光でシナジー
ISM の諸相、形態、運動まで調べられる
強みを活かした日本独自のテーマでは？

9.2 m15.1 mLUVOIR 単体では不可能“LUVOIR-dropout”

WISH (2020年代の光赤外天文学より)100平方度 27.5 等 (5σ)

WFIRST 単体では不可能“WFIRST-dropout”
Ouchi et al.

z=10–15 の分光: ALMA + ELTs (TMT)と連携

１０S/N = 568101214

ALMA Science Roadmap (ALMA 2 計画)
橋本、井上 (早大)、田村 (名古屋大)

1618Z/Z¤ = 0.2
SFR = (20/μ) M¤/yr
FWHM = 100 km/s

当時最も明るい部類:
最も早く構造形成と化学進化が進んだ天体まとめ
科学目標: 最初の銀河や星がいつどのように生まれたのか？
多波長 (電波, X etc.)で共通の目標。

相補的① 超広視野 近赤外(2-5 μm) 撮像装置 (WISH-Iong)• z = 8 程度まで mass-limited sample• z ~ 15 以上に届く可能性がある 唯一の 希望 (z > 15 いきたい)• Subaru (< 1μm), WFIRST (1-2μm) と親和性
• 見つかった明るい z ~ 15 天体は TMT, ALMA などで分光② 超高感度多波長 (LUVOIR)• 遠方の矮小銀河 (105 Msun) まで調べることが出来る。
• 重力レンズ効果を合わせれば星団までも調べられる
è 国内独自 + 海外計画参加の両輪が、裾野を広げる上で大切。

個人的な意見: 両輪が必要
l 海外大型プロジェクト
è 日本コミュニティが十分に割り込めるか？
è 若手は海外に拠点を移したほうが、手っ取り早く最先端をやれるのでは？
海外で学んで日本に還元è海外に行ってそのまま (?)
l 日本発のプロジェクトはあった方が良い。
最終的に国際共同になったとしても。
ユニークな研究ができるのだから、なおさら。
リソースは限られているが、国内+国際の両輪があったほうが裾野も広がって良いのでは？