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NRO User’s Meeting<br />
平 成 23 年 7 月 27 日<br />
「 今 後 10 年 の( 日 本 の) 電 波 天 文 学 」<br />
銀 河 の 研 究 、 大 学 と 国 立 天 文 台 との<br />
関 係 など<br />
河 野 孝 太 郎<br />
( 東 大 天 文 センター・ビッグバン 宇 宙 国 際 研 究 センター)
ALMA is coming!<br />
ALMA(16): ~10 sec !<br />
ALMA(50): ~1 sec !<br />
SMA: ~2.5 hrs<br />
on-source (8σ)<br />
Tamura et al. 2010,<br />
ApJ, 724, 1270<br />
SSA22-AzTEC1<br />
860μm SMA contour map<br />
flux<br />
~12mJy<br />
SFR<br />
~4000<br />
Mo/yr !<br />
on MOIRCS (K’)<br />
2σ =25.08 mag
ALMA 時 代 の 入 り 口 に 立 つ:<br />
この 時 代 の 現 状 認 識<br />
• いよいよALMAが 利 用 できる 時 代 !しかし・・・<br />
ALMAで 出 来 ること ≠ 「 私 が」ALMAで 出 来 ること<br />
• 独 自 のアイディアを 試 し、 独 自 のサンプ<br />
ルを 構 築 できる、 独 自 の 観 測 研 究 手 段<br />
を、いかに 確 保 するかが 鍵 。
今 、「 独 自 」「ユニーク」といえる 装 置 の<br />
ハードルが 急 激 に 上 がっている<br />
例 :「 銀 河 ・ 銀 河 団 の 形 成 と 進 化 」<br />
イメージング・アレイの 大 規 模 化 ・ 多 色 化<br />
• AzTEC LABOCA, SPT, ATC, SCUBA2, TESCAM<br />
• スペースでも、BLAST Herschel, Planck<br />
分 光 装 置 の 超 広 帯 域 化<br />
> 億 のコスト<br />
開 発 人 員<br />
• AOS/MAC CATS345+WHSF@ASTE,<br />
SAM45+PANDA+T100@45m, Z-Spec@CSO,<br />
Zpectrometer@GBT, RSR@LMT, EMIR@IRAM, …
0.5 deg<br />
初 期 宇 宙 爆 発 的 星 形 成 銀 河 の 広 域 探 査<br />
ASTE<br />
Hatsukade et al. 2011, MNRAS, 411, 102<br />
Sensitive to ULIRGs<br />
at z~10 !!! (if any)<br />
1σ = 0.4 - 0.8 mJy<br />
Area ~0.25 deg 2<br />
N = 233 sources<br />
AzTEC
南 極 からの 超 広 域 ミリ 波 サーベイ<br />
(λ=2mm)<br />
~ a few - a few 10 arcmin scale<br />
fluctuations primary CMB<br />
SPT<br />
~15-sigma<br />
スニヤエフ・ゼルド<br />
ビッチ 効 果 による<br />
遠 方 銀 河 団 のシグ<br />
ナル!<br />
明 るいスポット: 比 較 的<br />
近 傍 の 活 動 銀 河 or 高<br />
赤 方 偏 移 爆 発 的 星 形<br />
成 銀 河<br />
http://max.ifca.unican.es/sz2011/sz2011_talks/Monday/Rashid_Sunyaev/Santander1.ppt
非 常 に 多 数 のソース<br />
ただし、ほとんどz
State-of-the-art imaging capability:<br />
excellent agreement between groundbased<br />
AzTEC imaging and Herschel<br />
Egami et al. 2010, A&A, 518, L12<br />
Bullet cluster<br />
SPIRE 250um<br />
SPIRE 500um AzTEC 1.1mm<br />
Wilson et al. 2008<br />
These are indeed confusion MNRAS, 390, 1061<br />
limited images of the early universe!
Planck 衛 星 によるミリ 波 サブミリ 波 全 天 観 測<br />
• Wide frequency coverage suitable for<br />
discrimination of foregrounds/backgrounds<br />
44 70 100 143 217 353 545 GHz<br />
(angular resolution: ~4 arcmin@545GHz)
All sky SZ cluster survey with Planck<br />
arXiv:<br />
1101.2024<br />
199 個 、うち30 個 がnew<br />
clusters !<br />
http://max.ifca.unican.es/sz2011/sz2011_talks/Monday/Nabila_Aghanim/Santander_SZ.pdf
超 広 帯 域 分 光 システムも 続 々と<br />
野 辺 山 45m 鏡 搭 載 SAM45+PANDA+T100<br />
30GHz coverage, 0.5 MHz resolution @100GHz<br />
R~2x10 5 , dv~1.5 km/s<br />
32 GHz coverage<br />
Nakajima, Takano, et al. 2011; in prep.<br />
sub-mK<br />
sensitivity<br />
85 90 95 110 115<br />
Frequency [GHz]
Detection of water in a high-z lensed SMG<br />
R ~ 700<br />
using Z-Spec on CSO 10m<br />
~ 120 GHz coverage !!!<br />
Lupu et al. 2010, ApJ,<br />
submitted (arXiv:1009.5983)
Mkn 231 Herschel/SPIRE-FTS<br />
Van der Werf et al. 2010, A&A, 518, L42<br />
~ 1200 GHz coverage<br />
R ~ 400<br />
- 1200<br />
• Very high-J CO<br />
lines up to J=13-<br />
12 are still well<br />
excited !!!<br />
• Very rich in<br />
species; many<br />
bright H 2 O, H 2 O + ,<br />
OH + lines
向 こう10 年 、 大 学 をいかに 活 性 化 させ、コ<br />
ミュニティを 広 げていくことができるか<br />
• 個 々の 大 学 で、 小 口 径 の 望 遠 鏡 を 個 別 に 運 用 し<br />
て、それで 独 自 の( 世 界 と 戦 える 水 準 の) 仕 事 が<br />
できる 状 態 は、いつまで 続 く<br />
– 例 :60cmは10mサブミリ 波 単 一 鏡 でトップサイエンス<br />
ができる 時 代 はいつまで<br />
• 必 ずしも 研 究 者 は 目 指 さないが、 自 然 科 学 ・ 技 術<br />
の 素 養 ・ 経 験 を 獲 得 して 社 会 に 貢 献 できる 学 生 を<br />
しっかり 教 育 するという 役 割 も 極 めて 重 要 中<br />
小 口 径 望 遠 鏡 の 意 義 は 引 き 続 き 大 きい。<br />
– ユーザーズ・ミーティング 参 加 者 の 若 手 の 多 さ!
Top Runnerであ(り 続 け)るために<br />
• 大 学 独 自 にcutting edgeを 切 り 拓 く 努 力<br />
– 東 大 での 例 :<br />
東 大 -NRO 60cm 望 遠 鏡 (1990 年 代 ~)<br />
ASTE 推 進 、CATS345やTESCAM、THz RXなどを 開 発 ・<br />
搭 載 ( 国 立 天 文 台 + 大 学 連 合 )(2000 年 代 ~)<br />
東 大 からCCATへ 参 画 独 自 30m-50m 鏡 (201X~)<br />
もっと 頭 を 使 え!とのお 叱 りを 受 けるだけかとも 思 いま<br />
すが、、、、<br />
• そのような、 大 学 の 研 究 活 動 を、 国 立 天 文 台 が 連<br />
携 してサポートできるようなシステムはできない<br />
か( 広 い 意 味 での「 共 同 利 用 」)
大 学 ( 連 合 )<br />
○ 独 自 のアイディア<br />
○ 銀 河 研 究 の 方 向 性<br />
△ 限 られた 開 発 体 制<br />
△ 乏 しい 運 用 資 源<br />
国 立 天 文 台 と 大 学 との<br />
望 ましい 関 係 <br />
コミュニティーからの<br />
方 向 性 ・ 要 望<br />
( 共 同 利 用 研 としての<br />
存 在 意 義 )<br />
その 実 現 のための<br />
開 発 ・ 運 用 支 援<br />
相 互 に 協 力 ・ 共 栄 する 関 係<br />
天 文 台<br />
( 共 同 利 用 研 )<br />
○ 大 型 プロジェクトを<br />
遂 行 し 得 る、 充 実<br />
した 開 発 体 制<br />
○ 天 文 台 を 運 用 する<br />
ための 人 員 ・ 資 源
大 学 vs 天 文 台 : 他 の 可 能 性<br />
大 学<br />
○ 独 自 のアイディア<br />
○ 銀 河 研 究 の 方 向 性<br />
△ 限 られた 開 発 体 制<br />
△ 乏 しい 運 用 資 源<br />
対 決 ・ 競 争 を<br />
する 関 係<br />
天 文 台<br />
( 研 究 所 )<br />
○ 大 型 プロジェクトを<br />
遂 行 し 得 る、 充 実<br />
した 開 発 体 制<br />
○ 天 文 台 を 運 用 する<br />
ための 人 員 ・ 資 源<br />
・ 文 科 省 での 最 近 の 動 向 <br />
・「 国 立 天 文 台 大 学 」( 総 研 大 )<br />
この「 特 長 」を 活 かした<br />
独 自 計 画 の 立 案 、 遂 行
日 夜 、 研 究 開 発 に 頑 張 っている<br />
若 手 の 活 躍 の 場 :その 多 様 化 のために<br />
★ 新 しい 方 向 性 を 指 し 示 し、 研 究 グ<br />
ループ・コミュニティを 引 っ 張 れる 人<br />
★ 学 生 を 指 導 し、 次 世 代 の 研 究 者 / 社<br />
会 人 を 育 てることができる 人<br />
・ 大 学 で 求 める 人<br />
・ 観 測 所 でこそ 必 要 な 人<br />
★ガンガン 観 測 して<br />
どんどん 論 文 を 書 く 人<br />
★ 高 い 専 門 性 をもって、 機 器 やソフトウエアを 開 発<br />
し、アイディアを 実 現 できる 人 ( 必 ずしも「 派 手 さ」は<br />
ないが、 装 置 ・ 望 遠 鏡 運 用 のために 必 要 な、 高 度<br />
なスキル・ 経 験 を 持 ち、コツコツと 努 力 する 人 )<br />
★プロジェクトを 組 織 し、まとめて、リードできる 人
10 年 後 の、key questionsは<br />
( 当 然 、たくさんありそうだし、 予 想 できないテーマも 多 々あるが)<br />
• 宇 宙 再 電 離 期 のdustyな 銀 河 はどれだけ 存 在 <br />
– 「Dustyでない 銀 河 」は、すばる+HSCや、JWSTにより、かなり<br />
攻 め 尽 くされていくのではないか。<br />
– 一 方 で、z>4のdustyな 星 形 成 銀 河 (サブミリ 波 銀 河 )は、まだ<br />
まだ 未 開 拓 の 領 域 。 宇 宙 の 星 形 成 史 ・ 物 質 ( 金 属 量 ) 進 化<br />
史 や、 銀 河 形 成 モデルで 大 きな 不 定 性 となっているところ。<br />
• 銀 河 とAGN( 巨 大 ブラックホール)の 共 進 化 とは<br />
– ダストに 埋 もれていないAGNの 探 査 は、ChandraやXMM-<br />
Newtonなどにより、かなり 進 展 している。(それでもz>5は 未<br />
開 拓 )<br />
– ダストに 深 く 埋 もれた、 非 常 に 若 いAGN 候 補 に、 向 こう 数 年<br />
間 で、ALMAでどこまで 切 り 込 めるか・・
10 年 後 に 日 本 のツールとなるものは<br />
いくつかの 芽<br />
• すばる/HyperSuprimeCAM + (FPS)<br />
• miniTAO/TAO 地 上 赤 外 線 望 遠 鏡<br />
– アタカマにおけるλ~38μmまでの<br />
高 解 像 度 イメージング<br />
• SPICA: 日 本 主 導 の 冷 却 赤 外 線 望 遠 鏡<br />
miniTAO1m<br />
(Yoshii et al.)<br />
– Redshift 4~6のPAHバンド 分 光 でサブミリ 波 銀 河 の 赤<br />
方 偏 移 測 定 +AGN contributionの 定 量 宇 宙 の 星<br />
形 成 史 、AGN( 超 巨 大 ブラックホール)の 形 成 ・ 成 長<br />
– ALMAによる 狭 視 野 ・ 高 分 解 能 観 測 や 地 上 ミリ 波 サ<br />
ブミリ 波 帯 の 低 解 像 度 ・( 超 ) 広 域 サーベイ 観 測 と、 非<br />
常 によい 相 補 性 。
ALMAと 相 補 的 な<br />
大 型 ミリ 波 サブミリ 波 単 一 鏡<br />
• 30-50m 規 模 、400GHz 付 近 までを 目 指 す 望 遠 鏡<br />
⇔ CCAT: THzを 目 指 す25m<br />
– 赤 方 偏 移 した[CII]+ 他 の 原 子 の 微 細 構 造 遷 移 によ<br />
る、 宇 宙 再 電 離 期 前 後 にあるダストを 含 んだ 銀 河 の、<br />
無 バイアス 探 査 、COトモグラフィーによる 銀 河 と 暗 黒<br />
物 質 ・ 大 規 模 構 造 との 関 係 の 解 明 。( 田 村 さん)<br />
– 大 集 光 力 + 超 広 視 野 + 超 広 帯 域 分 光 が 鍵 !<br />
• 次 世 代 submm WGでの 検 討 ( 大 口 径 dishによる<br />
アレイ)の 一 段 階 としても 極 めて 自 然 な 流 れ<br />
• その 実 現 には、 開 発 体 制 の 強 化 が 一 つの 鍵
Probing cosmic re-ionization with [CII]<br />
• Shorter wavelengths window gives narrower<br />
redshift coverage<br />
http://www.submm.caltech.edu/cso/weather/atplot.shtml<br />
192 GHz – 320 GHz<br />
z [CII] = 8.9 – 4.9: Probing<br />
cosmic Re-ionization<br />
600 GHz – 720 GHz<br />
z [CII] = 2.2 – 1.6<br />
790 GHz – 850 GHz<br />
z [CII] = 1.4 – 1.0<br />
PWV = 0.91 mm<br />
(tau220 = 0.052)
Redshifted [CII]@z=6.4 with IRAM 30m<br />
• S[CII] = 4.1±0.5 [Jy km /s]<br />
• L [CII] = 4.4 x 10 9 Lo<br />
• L FIR = 2 x 10 13 Lo<br />
⇒ L [CII] /L FIR = 0.02%<br />
Radio quiet quasar<br />
SDSS J1148+5251<br />
CII<br />
@256GHz<br />
• IRAM 30m<br />
• Tsys ~ 350 K<br />
• Integ. ~ 12.4 hrs<br />
• dv =56 km/s<br />
• 1σ = 0.3 mK in Ta*<br />
or 2.8 mJy in S ( η mb =0.54)<br />
@90GHz<br />
Maiolino et al. 2005,<br />
A&A, 440, L51
ALMA detectability of [CII]@z=6.4<br />
• N=50, Tsys = 125K (PWV = 0.91mm or tau220 =<br />
0.052; typical winter condition in Atacama), dv = 50<br />
km/s, dual pol.<br />
24 sec (!) for 1σ = 2.54 mJy/beam (but ignoring<br />
continuum)<br />
• cf. ALMA calculator recommends Tsys = 168 K (PWV =<br />
2.75mm or tau220 = 0.14; typical Mauna-Kea like <br />
condition) for this frequency (better atmospheric<br />
conditions will be used for short wavelengths<br />
observing programs)<br />
45 sec<br />
http://www.eso.org/sci/facilities/alma/observing/tools/etc/<br />
Version: Dec. 17, 2010
ALMA vs single dish telescopes<br />
telescope D [m] Main beam eff. Tsys [K] Integration time<br />
ASTE 10 0.6 125 65 hrs<br />
CCAT 25 0.7 125 100 min<br />
IRAM 30 0.54 350 ~12 hrs<br />
New 30m 30 0.7 125 48 min<br />
(30/25) 4<br />
~2.1<br />
New 50m 50 0.7 (!) 125 6.24 min (374 sec)<br />
• ALMA instantaneous bandwidth: 8 GHz (4 GHz per<br />
sideband) for line survey, 24 sec (or 45 sec) per set<br />
• The new 50 m telescope should have the same<br />
line survey speed if it is equipped with a single<br />
beam, 8 × (374sec/45sec) = 66 GHz bandwidth RX<br />
for practical observing conditions for ALMA
Synergies with ASTE, ALMA, SPICA & beyond<br />
SPICA<br />
・unbiased<br />
wide field<br />
imaging &<br />
spectroscopy<br />
surveys<br />
CCAT<br />
ALMA<br />
Super-<br />
ASTE<br />
・unbiased survey<br />
Identification of important<br />
objects for detailed studies<br />
・ionized / PDR gas<br />
(atomic hyperfine lines・ro-vibrational lines)、<br />
power source diagnostics<br />
・very high angular +<br />
spectral resolutions<br />
detailed investigation<br />
・cool ISM<br />
(rotational transitions of<br />
molecules)
BH 成 長 史 を 探 る<br />
• 銀 河 とSMBHの 共 進 化 に 迫 りたい。<br />
• High-zの、ダストに 埋 もれたAGNを 探 る<br />
– サブミリ 波 銀 河 を 探 す= 形 成 途 上 の 巨 大 楕 円 銀 河 <br />
– その 中 に 埋 もれたAGNの 兆 候 を 探 す<br />
– そこから、BHのmassやエディントン 比 などの 基 本 的 な 物<br />
理 量 を 引 き 出 す<br />
どう 実 現 するか<br />
– ミリ 波 サブミリ 波 分 光 ( 星 間 化 学 との 連 携 )<br />
– PAH 分 光 (SPICAとの 連 携 )<br />
– VLBIでの 研 究 手 法 も 重 要 !( 例 :サブミリ 波 銀 河 の 中 に<br />
埋 もれたGPSを 探 す。 鈴 木 賢 太 ほか)<br />
– 今 、できる 連 携 を 模 索 しておく。VERA+ALMA= ALMA 拡<br />
張 アレイという 方 向 性 も。
まとめ:10 年 後 に(も)、<br />
top runnerであ(り 続 け)るために<br />
• 独 自 のアイディアを 試 し、 独 自 のデータを 取 得 で<br />
きる、 独 自 の 観 測 装 置 を 継 続 的 に<br />
– 45m/ASTEの 科 学 的 寿 命 ; 今 から 備 えねば。<br />
• 一 方 で、「 独 自 」「ユニーク」といえる 装 置 ・ 技 術 水<br />
準 のハードルは、 近 年 急 激 に 跳 ね 上 がっている。<br />
– 東 大 NRO60cmASTE 推 進 ( 天 文 台 ・ 大 学 連 合 )、<br />
CATS345/THz RX/TESCAM 等 搭 載 東 大 からCCATへ<br />
参 画 独 自 30m-50m 鏡 ( 銀 河 形 成 ・ 進 化 )<br />
• そのような、 大 学 の 活 動 を、 天 文 台 が 連 携 してサ<br />
ポートできるようなシステムはできないか<br />
• VLBIとALMAとの 連 携 強 化 も 重 要 (BH/AGN 形 成 )。