遠方銀河観測の最前線と次世代望遠鏡計画の展望
筑波大学
宇宙観測研究室および宇宙史研究センター
助教

橋本 拓也

内容
l天文分野の大きな流れ、国際共同研究の様子
l異分野融合のタネになりそうな研究の紹介（私以外の研究を多めに入れました）
lあまり専門的な細かい話には立ち入りません
l光赤外線天文学に重点を置きます

研究テーマと研究業績のまとめ
l 研究テーマ• 銀河の形成と進化 （波長を問わず、その時々の最先端の望遠鏡を活用）• 宇宙再電離l 着任 (2019年12月) 以降の業績• 学術論文 39 編 (責任著者 3 編)
• プレスリリース 8件 （直近１年間で４件） (1st, 2nd, 3rd, 3rd, 4th, 4th, 8th, 19th)
••
•
•
•

今週、 Nature 共著論文で筑波大学からプレスリリースを出します

受賞 3 件 (2021年度文部科学大臣若手科学者賞; 2021年度日本天文学会 欧文研究報告 論文賞など)
学生の受賞 3 件 (2022年度 理工学群群長賞; 2022年度 野辺山特別公開最優秀ポスター賞など)
研究費獲得 4 件（代表者） (卓越研究員; 科研費「研究活動スタート支援」; 科研費「基盤B」など)
アウトリーチ 多数 (NHK コズミックフロント、筑波大50周年記念ホームカミングデー、東進TV など)

l 学内での研究交流の例••

銀河の理論研究 (Yajima, Abe, Fukushima, incl. Hashimoto et al. 2023, MNRAS, 525, 4832)
NASAの次世代遠赤外線望遠鏡PRIMA サイエンス検討 (Nagao, Inami, Onaka et al.)•

筑波大からは武内先生、金先生、飯田先生 （ニュートリノ背景放射）と橋本（銀河）が参入

最近やっているALMA研究2 （TH+22b in prep)

未発表の内容を含むため、非公開です。
輝線連続光Hashimoto, Finkelstein, Inoue+ in prep••••

1天体で輝線 (S/N ~ 6) と連続光の検出 (S/N > 10)[OIII] 88 ならば z = 10.57 (ALMA では新しい最遠方天体の可能性)
ダスト連続光が本当ならば、宇宙年齢 わずか4.5億年で大量のダストが存在!?
さらなる検証が必要 à ALMA (PI 橋本)、JWST (PI: Finkelstein)銀河とはJAXA•

1000億個の恒星、暗黒物質、ガス、個体微粒子（ダスト）を含む自己重力系•

さまざまな電磁波で異なる成分を観測できる （多波長観測が大切）宇宙の歴史と、銀河の進化
渦巻銀河

楕円銀河
穏やかな星形成活動

M51

M87

STScI
©国立天文台
たとえば、• 恒星の年齢や総質量• 星形成率 (単位時間にどれだけ恒星を作るか)• 星の母体である分子ガス(やダスト)の性質• 星形成の結果としての重元素量

不規則銀河
激しい星形成活動
触覚銀河 (NGC 4038 4039)

CFHT

STScI

時間と場所の関数で表現して、物理学／化学的に理解したい宇宙における星形成率密度の時間進化©国立天文台• 100 億年前にピーク波及効果（たとえば）ü 超新星爆発や中性子星などのイベントレートへの知見
ü 銀河中心にある超巨大ブラックホールとの共進化への知見

宇宙におけるH2分子ガスの体積密度の時間進化

単位体積あたりH2分子ガス質量 [Msun Mpc-3]

大きい

宇宙年齢 (Gyr = 10 億年)
1464小さい©国立天文台2？
次世代望遠鏡ngVLA など
Decarli et al. 2019現在

過去

• 分子ガストレーサー： 2番目に多い CO 分子ガスの輝線• 星形成率の体積密度の時間進化と同じ傾向• 久野先生や本多先生らの研究： 近傍銀河や天の川の分子ガスの調査 （野辺山45m; 南極30cm）

銀河内の重元素量の進化❓

❓

• (左) 星質量の軽い天体ほど、重元素量が少ない• (左) 激しい星形成活動をするほど、重元素量が少ない à ガスの流出• (右) 同じ星質量でも、過去の時代ほど重元素量が少ない (集積史)

M82
©NASA

宇宙再電離時代の銀河を調べる意義©NAOJ

l 宇宙再電離: 赤方偏移 z ~ 20 - 6 (tuniv ~ 200 Myr - 1 Gyr)•••l

初代天体からの電離光子 (hν > 13.6 eV)
課題: 何が、いつ、どのように?
アルマ
初代天体の「性質」を知る必要

ジェイムズ・ウェッブ

ALMAやJWSTの登場で、大きな進展
10

遠方銀河の選択方法 例１ （紫外線を利用）• ライマンブレーク法- 銀河間ガス (IGM) により作られる吸収の位置を利用- 複数のフィルターを用い、ブレークの波長を決定
すばる望遠鏡最近やっているALMA研究2 （TH+22b in prep)

未発表の内容を含むため、非公開です。
輝線連続光Hashimoto, Finkelstein, Inoue+ in prep••••

1天体で輝線 (S/N ~ 6) と連続光の検出 (S/N > 10)[OIII] 88 ならば z = 10.57 (ALMA では新しい最遠方天体の可能性)
ダスト連続光が本当ならば、宇宙年齢 わずか4.5億年で大量のダストが存在!?
さらなる検証が必要 à ALMA (PI 橋本)、JWST (PI: Finkelstein)最近やっているALMA研究2 （TH+22b in prep)

未発表の内容を含むため、非公開です。
輝線連続光Hashimoto, Finkelstein, Inoue+ in prep••••

1天体で輝線 (S/N ~ 6) と連続光の検出 (S/N > 10)[OIII] 88 ならば z = 10.57 (ALMA では新しい最遠方天体の可能性)
ダスト連続光が本当ならば、宇宙年齢 わずか4.5億年で大量のダストが存在!?
さらなる検証が必要 à ALMA (PI 橋本)、JWST (PI: Finkelstein)アルマ望遠鏡を用いた遠方銀河の観測
l アルマ望遠鏡
南米チリにある最高感度の電波干渉計 (ミリ波・サブミリ波)Hashimoto+18 Naturez = 9.1 (132.8 億光年)

l 理論研究 (Inoue et al. 2014)
ü 電離酸素イオン ([OIII] 88 um) の輝線は、遠方銀河で強く放射されるはずl 観測研究ü 理論を遠方銀河で実証 (Inoue et al. 2016 Science)ü アルマが初めて最遠方銀河の記録を樹立 (Hashimoto et al. 2018 Nature)ü 21年度文部科学大臣表彰若手科学者賞 (筑波大教員では過去13年で最年少)

後継機 Hyper Sprime-Cam (HSC)p 広視野かつ高感度
ü 1000平方度級
p 銀河やブラックホール
ü 統計調査ü 宇宙再電離p 重力波天体 GW170817 の電磁波観測ü 中性子星合体による重力波
ü 光赤外で「キロノバ」（r過程）を支持
ü 原子核物理との融合点？

h"ps://www.asj.or.jp/jp/ac.vi.es/geppou/item/114-1_16.pdf

すばる望遠鏡 HSC
p 観測的宇宙論
ü ダークマター分布の精密測定
ü 「宇宙の構造形成の進行度合いを表すS8」がプランク衛星の値と不一致

h"ps://www.asj.or.jp/jp/ac.vi.es/geppou/item/117-5_304.pdf

光赤外で最高感度の望遠鏡、JWST

l 可視光 – 中間赤外帯~ 0.6 – 28.5 μm
l 従来の望遠鏡に比べて 100 倍
劇的な感度上昇光赤外で最高感度の望遠鏡、JWST

l 可視光 – 中間赤外帯~ 0.6 – 28.5 μm
l 従来の望遠鏡に比べて 100 倍
劇的な感度上昇è 銀河やブラックホールの研究も大きな進展
l z = 14.32 (135億光年) の 銀河 (Cur^s-Lake+23 Nature; Carniani+24 Nature)l z = 7.9 (131 億光年) 原始銀河団 (Morishita+23; Hashimoto+23)
l z ~ 10.2 (133億光年) の星団 (Adamo incl. Hashimoto+24 Nature; 今週の木曜にプレスリリース)

最近やっているALMA研究2 （TH+22b in prep)

未発表の内容を含むため、非公開です。
輝線連続光Hashimoto, Finkelstein, Inoue+ in prep••••

1天体で輝線 (S/N ~ 6) と連続光の検出 (S/N > 10)[OIII] 88 ならば z = 10.57 (ALMA では新しい最遠方天体の可能性)
ダスト連続光が本当ならば、宇宙年齢 わずか4.5億年で大量のダストが存在!?
さらなる検証が必要 à ALMA (PI 橋本)、JWST (PI: Finkelstein)参考：遠方銀河の選択方法 例2 (赤外線の色)
l (静止系)遠赤外線のダスト放射のピークを利用

フラックス密度 [mJy ∝ erg/s/cm2/Hz]

可視-近赤外ダストに濃く覆われ、可視光 (すばる etc) では暗いいずれにしても、選択バイアス (つまり、多波長観測が重要)
遠赤外 – サブミリ波z = 6.4
Riechers+13 Naturez = 6.34S500/S350••

1.2 THz

850 GHz

観測波長 [μm]600 GHz

S350/S250

l ダストに濃く覆われた最遠方銀河 の一例• 10 – 2,500 平方度級 (ハーシェル + SPT @ 90 – 220 GHz) のデータから発見• 南極12m THz 望遠鏡は 20,000 平方度にわたる良質な (感度~1 mJy) サーベイを計画

最近やっているALMA研究2 （TH+22b in prep)

未発表の内容を含むため、非公開です。
輝線連続光Hashimoto, Finkelstein, Inoue+ in prep••••

1天体で輝線 (S/N ~ 6) と連続光の検出 (S/N > 10)[OIII] 88 ならば z = 10.57 (ALMA では新しい最遠方天体の可能性)
ダスト連続光が本当ならば、宇宙年齢 わずか4.5億年で大量のダストが存在!?
さらなる検証が必要 à ALMA (PI 橋本)、JWST (PI: Finkelstein)

まとめl天文分野の大きな流れ、国際共同研究の様子
l異分野融合のタネになりそうな研究の紹介（私以外の研究を多めに入れました）
lあまり専門的な細かい話には立ち入りません