SPICAで目指すサイエンス(2)
宇宙の歴史を探る/活動的銀河核
松原英雄、中川貴雄(ISAS/JAXA)、山田 亨、今西昌俊、児玉忠恭、中西康一郎(国立天文台)
他SPICAサイエンスワーキンググループ
国内の諸機関の研究者で構成されるSPICAサイエンスワーキンググループにおいて、次世代赤外線天文衛星SPICAで達成す
べき科学目的の絞込みと、その達成のために必要な観測装置の仕様の明確化を行っている。本ポスターでは、特に、宇宙初代
の星や銀河の観測可能性・塵に包まれた形成途上銀河や活動的銀河核の観測可能性とその意義について述べる。
埋もれた活動的銀河核
塵に包まれた形成途上銀河
初代天体の形成と宇宙再電離
中心核付近に大量のガス・ダストが集中し
ており、可視光ではAGNとわからない。
 宇宙X線放射の大部分に寄与していると
思われる。
 埋もれたAGNのダスト雲には温度構造が
あるだろう。これを、


宇宙マイクロ波背景放射:宇宙の中性化


初代天体?


形成期の銀河の電離ガスの物理状態を
知りたい


現在の宇宙は電離されている(再電離)
3.4ミクロン炭素系ダストによる吸収
 9.7ミクロンシリケイト吸収
 18ミクロンシリケイト吸収
その運動状態から形成中銀河のガス力学
に迫る


しかし大量のガスから爆発的星形成を
行っている時期は、塵に包まれており強い
吸収を受ける。
 ダスト吸収の影響のより少ないより長波長
の観測が必要 。


Red: H2

Blue: HD
SPICA/BLISS (background-limited
Infrared Submillimeter Spectrograph )
初代天体からの水素分子輝線はSPICA
で検出可能か?


力学質量・降着・スーパーウィンド

Mizusawa, Nishi and Omukai, in preparation
を用いて、明らかにする。さらに、これによ
り埋もれたAGNの(吸収補正後の)本当の
光度を知る。
 Spitzer、ASTRO-Fでz~0.3までのAGN
についてこのような検討が可能。
 SPICAでは、大光度赤外線銀河とAGNの
形成と進化史に重要な、z=1-2の宇宙につ
いて挑むことができる!
星形成率、電離ガスの温度・密度・電離強度
など
Z~20(初代天体形成時期)では107個の集
団になっている必要
Z~3でも初代天体は存在するかもしれ
ない。(ライマンαブロッブ?)
これならば、銀河規模のガス雲の初期収縮と
Ha, Brg & [O II] Line Fluxes
 衝撃波加熱に引き続く冷却過程を明らかに
SFR=100 M
yr , no Extinction
できる。

-1
SUN
-17
10
z=0.5
z=0.1
2
Integrated Line Flux [W/m ]
z=1
-18
10
z=1
Brg
z=2
z=2
-19
10
z=3
z=3
z=4
z=5
-20
10
[O II] l3727
z=0.5
z=1
z=7
z=10
z=10
-21
10
-22
10
z=7
Ha
z=2
SPICA 1hour, 5s
(R=3000, 600s/frame)
z=4
SPICA 10hour, 5s
(R=3000, 3600s/frame)
1
z=7

10
Wavelength [mm]
SPICAによりはじめて、z=3~5の形成
期の銀河の物理的診断が可能になる。
Courtesy to H. Susa @Rikkyo Univ.
宇宙の再電離の歴史は、ライマンαとHα
の輝線強度比で追跡可能。
 (右図)星生成率 100 MSUNyr-1Zの天体
からのHαやOII線強度と、SPICAのライン
に対する検出限界(1時間/10時間)との
比較。

銀河基本構造の獲得

SPICAの3.5mという口径を活かせば、
近赤外線波長域においても、銀河の形態
の起源を明らかにする観測的研究が可
能。
十分な星像 (< 0 .”2)
 星像を十分にサンプルする検出器
 数分角以上の視野


ぜひ、2-3ミクロン/3-4ミクロンの赤
外線カメラを!

静止系で1μmの光(星形成の影響小)
宇宙大規模構造の形成と進化

広視野近中間赤外赤外カメラ(波長2-1
0ミクロン)があれば、z=10までの「構成
単位天体」が検出できる。
宇宙背景放射

宇宙近赤外線背景放射の起源?
既知の銀河だけでは説明できない
 初代天体(種族IIIの星)?
 種族IIIの星のレムナントブラックホール周辺
の降着円盤?

波長10ミクロン以上の背景放射では、両
者の寄与に違いがでる(下図)
 X線背景放射観測と組み合わせ、宇宙再
電離史に制限を

HDF-N 中の z<2 Mv<-20 銀河のうち、円盤銀河と分
類されるものの形態。Kajisawa and Yamada (2001)

Courtesy to T. Kodama @ NAOJ
Baugh et al. (2002)
近赤外宇宙背景放射と、種族IIIの星から
の寄与(左図)および、クウェーサーからの
寄与(右図)。
Courtesy to N. Yoshida @Nagoya Univ.
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SPICA で狙うサイエンス(系外銀河編)