ALMAで観測する赤方偏移8超の[OIII]88ミクロン輝線井上昭雄(大阪

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井上昭雄（大阪産業大学）、清水一紘（東京大学）、松尾宏（国立天文台）、
田村陽一（東京大学）、吉田直紀（東京大学）、岡本崇（北海道大学）、他
2013/10/28
ALMAワークショップ(high-z/AGN) 三鷹
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銀河形成開始期の直接的下限値
宇宙再電離光源の直接的同定
HST/WFC3による探査でdrop-out法の最遠方はz=9—12
Ellis et al.2013
2013/10/28
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赤方偏移z>8銀河の近赤外分光確認は失敗続き
o Brammer et al., Bunker et al., Capak et al., Treu et al.
z=11.9候補
Brammer et al.2013
2013/10/28
LBGのうちLyα輝線が強い割合
o 再電離期の銀河間中性水素でLyαは隠されてしまう？
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赤方偏移
Treu et al.2013
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赤方偏移ｚ＝７．５１
Finkelstein et al. 2013, Nature, 502, 524
o ｚ＞７LBG候補43天体をKeck/MOSFIREで分光して1天体のみ輝線検出
2013/10/28
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Lyαが隠されている→他の輝線の利用
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ALMAによる遠赤外星雲輝線の観測は？
[CII] 158ミクロン輝線
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o Band 6: 211—275 GHz  [CII]158 @ z=5.9—8.0
o Band 5: 163—211 GHz まだ開発中？
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[OIII] 88ミクロン輝線
o Band 7: 275—373 GHz → [OIII]88 @ z=8.1—11.3!
o Band 8: 385—500 GHz → [OIII]88 @ z=5.8—7.8
o Band 9: 602—720 GHz → [OIII]88 @ z=3.7—4.6
2013/10/28
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Carina nebula by Mizutani et al. 2002
ISO LWS
[CII]
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30 Dor in LMC
by Kawada et al. 2011
with AKARI FIS-FTS
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空間的に広がった[OIII]輝線
カラー：[OIII]88輝線
コントア：２４ミクロン
2013/10/28
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Herschelの観測
o 近傍低金属矮小銀河では[OIII]88/[CII]158=1—10！
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ALMAの観測
Ouchi et al.2013
[OIII]88/[CII]158
o 赤方偏移z=6 LAEでは[CII]158が受からない！
Madden et al.2012
2013/10/28
ALMAワークショップ(high-z/AGN) 三鷹
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z>8を確認する輝
線として[OIII]88
がすごく良い？
2013/10/28
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Cloudy c13.00 (Ferland et al.2013)
赤：logU=-3.0
青：logU=-2.0
緑：logU=-1.0
点線：logn=0.0
実線：logn=1.0
破線：logn=2.0
輝線光度/SFRの対数
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×：近傍矮小銀河
◇：LMC/30 Dor
金属量の対数
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Inoue et al. 2013
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宇宙論的流体銀河形成シミュレーション（Shimizu et al.）に輝
線モデルを導入
o 星形成、SNフィードバック、
化学進化を整合的に解く
o UDF12 LBG探査結果と
直接比較可能なモデル
近傍矮小銀河の観測
と合う星雲パラメータ
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o logU=-2.0
o logn=1.0
[OIII]88輝線光度/赤外光度
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Inoue et al. 2013
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赤外光度（太陽光度）対数
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遠赤外域の電離領域輝線で最強は[OIII]88ミクロン輝線
UV観測等級＜27ABで
1.0mJy以上の輝線強度
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o 輝線速度幅はDM粒子の
速度分散に等しいと仮定
o 強度の分散は、金属量、
星形成率、輝線幅の分散
が起源
[OIII]88輝線ピーク強度[mJy]
o 高密度では52ミクロン輝線
H160等級[AB]
2013/10/28
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Inoue et al. 2013
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MACS1149-JD (Zheng et al.2012; Bouwens et al.2013)
Gravitationally-lensed LBG at z=9.7
H160=25.7 AB
重力レンズシアー＆ Spitzer検出
 もっとも信頼度の高いｚ～９候補
Magnification factor 14.5
Zheng et al.2012
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H160=25.7 AB (magnification) 28.4—29.0 AB
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＞2.5mJyの確率50%
 10-20分で検出
4回のスキャン
で合計約2時間
68%
１シグマ [mJy]
横軸より強い[OIII]の累積確率
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95%
スキャン範囲
[OIII]88強度 [mJy]
ALMAワークショップ(high-z/AGN) 三鷹
観測周波数 [GHz]
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赤方偏移ｚ＞８銀河の[OIII]88探査：Band 7
赤方偏移ｚ～７銀河の[OIII]88+[CII]158探査：Band 8+6
o 分光ｚがある天体でモデルの確認
• z=6.2—6.4, 6.8, 7.1—7.7
• Shibuya et al. (2012) LAEs
• On-source 2~3 h?
o NB921, NB973 LAEは難しい
2013/10/28
RMS [mJy]
o NB1006 LAEが良いターゲット
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ALMA Band 8 感度(Cycle2)
1.5
NB1006
(z=7.3)
1
0.5
Integration: 1 h
Velocity width: 50 km/s
DEC=-5deg
0
Antenna: 34
385
Angular resolution: 1.0 arcsec
Weather: Automatic Choice
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NB973 NB921
(z=7.0) (z=6.6)
435
振動数 [GHz]
485
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赤方偏移８超銀河の分光赤方偏移の確定には[OIII]88ミクロ
ン輝線の利用がベスト
Cloudyをもとに遠赤外輝線強度モデルを作成
宇宙論的流体銀河形成シミュレーションに輝線強度モデルを
組み込み、リアルな[OIII]輝線強度予想を実現
重力レンズLBG MACS1149-JD at z=9.7は最良の観測候補
オーバーヘッド込み約２時間のALMA観測で[OIII]輝線を検出
できる可能性が高い（Cycle 1 DDT提案済）
今後の展開：協力者求む！！
o 他のz>8天体の[OIII]88サーベイ（Cylce2）
o 分光z既知のｚ～７天体で輝線モデルの検証（Cycle2）
o [OIII]52, [NIII]57, [OI]63, [CII]158などフォローアップ（将来）
2013/10/28
ALMAワークショップ(high-z/AGN) 三鷹
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