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M51 ： パターン速度と星形成時間

M51 ： パターン速度と星形成時間. 東京大学理学系研究科 天文センター　 M2 　江草　芙実. Spiral Galaxies. きれいなｓｐｉｒａｌ模様を作るには？ 差動回転 　→短時間（数回転程度）で形が崩れてしまう × 密度波理論 ：物質波ではなく、物質の粗密が波となって伝わり、定常な形（パターン）を作る。 パターン速度 ： Ω Ｐ [km/s/kpc] パターンの回転する角速度. Pattern Speed. パターン速度がわかると？ 銀河面での corotation や Lindblad resonance の位置が計算できる。

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M51 ： パターン速度と星形成時間

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Presentation Transcript

  1. M51：パターン速度と星形成時間 東京大学理学系研究科 天文センター　M2　江草　芙実

  2. Spiral Galaxies • きれいなｓｐｉｒａｌ模様を作るには？ • 差動回転 　→短時間（数回転程度）で形が崩れてしまう× • 密度波理論：物質波ではなく、物質の粗密が波となって伝わり、定常な形（パターン）を作る。 • パターン速度：ΩＰ[km/s/kpc] • パターンの回転する角速度

  3. Pattern Speed • パターン速度がわかると？ • 銀河面でのcorotationやLindblad resonanceの位置が計算できる。 • 観測結果と比較する事で、resonanceにおいてどのような現象が起きているかを知る事ができる。 しかし、パターン速度は実際に物質が運動している速さではないので、観測から直接は求められない。

  4. Previous Method • Tremaine-Weinberg method Tremaine & Weinberg 1984 • 連続の式を使い、パターン速度を求める。 • Canzian test Canzian 1993 • 速度場の非軸対称成分を使い、corotationの位置を求める。 • その他 • Armの形状からresonanceを決める。 • 星形成効率のarm/interarm比からcorotationを決める。 • Simulationとの比較を行う。

  5. Arm-offset Method (0) • 渦巻腕に付随する星形成領域と分子雲の位置のずれを用いる。 • 仮定 • 純粋な円運動 • 剛体のパターン 　　（ΩＰ＝定数）

  6. Arm-offset Method (1) 分子雲の腕 ＶＧ×Δｔ ＶＰ×Δｔ 星形成領域 ｔ＝０ ｔ＝Δｔ VG＝ガスの回転速度[km/s] VP＝パターンの回転速度[km/s] Δｔ＝星形成のタイムスケール　[s] 観測されるずれ　ｄ＝ＶＧ×Δｔ－ＶＰ×Δｔ　[km]

  7. Arm-offset Method (2) • ずれを角度で表すと、 θ＝（ΩＧ－ΩＰ）×Δｔ • Δｔ：一定と仮定すれば、 • 観測量：θ・ΩG • 定数：Δｔ・ΩＰ 　　→θはΩＧの一次関数 　　→fittingによって、Δｔと ΩＰを同時に求められる。 Δt ΩP

  8. Arm-offset Method (3) • 特徴 • 仮定がシンプルである。 • モデルによらない。 • パターン速度と星形成時間を同時に決定できる。 • 誤差の評価が行える。

  9. M51 （NGC5194） • 分子雲データ：CO (Helfer et al. 2003) • 星形成領域データ：DSSのB-band • パラメータ • 距離 9.6 Mpc • P.A.=22 deg • inc.=20 deg CO on DSS B-band

  10. Phase diagram

  11. θ-R relation

  12. Rotation Curve • Sofue et al. (1999)より、

  13. θ-ΩG relation

  14. Results • パターン速度 ΩＰ＝２６＋６－４km/s/kpc • 星形成時間 ΔｔＳＦ＝4.1±0.6×１０６　年

  15. Previous Results • M51のパターン速度 • ΩP＝ 38 Elmegreen et al. (1989) Armの形状・amplitudeによるcorotationの決定 • ΩP＝ 40 Vogel et al. (1993) 速度場の非軸対称成分によるcorotationの決定 • ΩP＝ 16 Oey et al. (2003) HII regionのモデル計算との比較によるcorotationの決定 • ΩP＝ 38±7 Zimmer et al. (2004) COに対してTremaine-Weinberg法を適用 • ΩP＝26+6-4 This work

  16. Corotation Radius This work Elmegreen et al. (1989)

  17. Other Galaxies: NGC4254 • NMAによるCOとHα画像にarm-offset法を適用 • 結果 • ΩＰ＝26 ＋10－6km/s/kpc • Δｔ＝4.8±1.2 106年

  18. BIMA SONGによるCOとdssのBバンドデータにarm-offset法を適用 結果 ΩＰ＝37 ＋7－6km/s/kpc Δｔ＝7.8±1.2 106年 Other Galaxies: NGC4321

  19. Summary • Arm-offset Method • 3つの渦巻銀河について、それぞれのパターン速度を精度良く決定できた。 • 星形成時間（分子雲から星ができてHαで光るまでの時間）は、4～8×106年。 ↑ • 今まで桁の見積もりしかされていなかった、 星形成時間を初めて観測的に決定した。

  20. ALMAに向けて • Arm-offset method • Offsetの誤差の最大の原因は、分子雲データ（ＣＯ）の分解能（約６秒） ↓ • ALMAにより高分解能が達成されれば、更に精度良くパターン速度・星形成時間を決定できる。 • M51で分解能が1/10になったとすると、 ΩＰ＝２６＋２－１km/s/kpc ΔｔＳＦ＝4.09±0.06×10６　年 • 高分解能→データ点の増加 • 「パターン速度と星形成時間一定」の仮定について更なる議論が可能に。

  21. END

  22. これまでの結果

  23. 結果 • ＮＧＣ４３２１ • Δｔ＝9.7±1.9 106年 • ΩＰ＝39 ＋24－16 km/s/kpc • ＮＧＣ５１９４ • Δｔ＝3.9±0.9 106年 • ΩＰ＝23 ＋35－22 km/s/kpc • ＮＧＣ４２５４ • Δｔ＝4.8±1.2 106年 • ΩＰ＝26 ＋10－6 km/s/kpc

  24. まとめ • θ‐ΩＧrelation • 以前のＮＧＣ４２５４に加え、今回の2銀河（ＮＧＣ４３２１とＮＧＣ５１９４）でも、直線状の分布を確認できた。 • Fittingにより、それぞれの銀河においてΔｔとΩＰの値を同時に決定できた。 ↓ 結果として妥当な値が得られたので、 この方法の有用性が示された。

  25. 今後の課題 • ずれの求め方 • 客観的で、自動的に計算できる手法を確立する。 • 誤差の評価 • ずれと回転速度の誤差を正しく評価したうえで、fittingを行う。 ↓ 結果として得られるΔｔ、ΩＰの値の 信頼性を高める。

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