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第 10 章 遠方銀河の探査

第 10 章 遠方銀河の探査. 確認された「宇宙最遠方天体」の時代変化. すばる. ?. ハッブルディープフィールド (1995). ハッブルディープフィールドまではほとんどクエーサーか電波銀河. 可視光で見つかる銀河が増えた. 10.1 ハッブル宇宙望遠鏡のインパクト. ハッブル宇宙望遠鏡　 (Hubble Space Telescope : HST). ディスカバリーにて打ち上げ 1990.4.24 8:33am. HST. ピンぼけなど大修理 (1993 年 12 月）.

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第 10 章 遠方銀河の探査

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  1. 第10章遠方銀河の探査

  2. 確認された「宇宙最遠方天体」の時代変化 すばる ? ハッブルディープフィールド(1995) ハッブルディープフィールドまではほとんどクエーサーか電波銀河 可視光で見つかる銀河が増えた

  3. 10.1 ハッブル宇宙望遠鏡のインパクト

  4. ハッブル宇宙望遠鏡　(Hubble Space Telescope : HST) ディスカバリーにて打ち上げ1990.4.24 8:33am

  5. HST

  6. ピンぼけなど大修理 (1993年12月） Servicing Missions1993.12 SM-1 大改修、光学系改修 COSTAR, WFPC2 1997.2 SM-2 観測装置更新　NICMOS, STIS 1999.12 SM-3A ジャイロ交換など 2002.3 SM-3B 観測装置更新　ACS, NICMOS改修 2008.10 SM-4 (last SM); decision made on 2006.10 2009.5 SM-5 SM-4で完了しなかった作業 WFC3 New Gyros and Batteries HST will last till 2013

  7. 赤経 12:36:49.4赤緯 +62:12:58 +Flanking Fields (J2000) HDF: ~8’ The Hubble Deep Fieldhttp://www.stsci.edu/ftp/science/hdf/hdf.html 観測: 1995年12月18-30日　（ 所長留め置き時間） 所長：Bob Williams ------------------------------------------------------------------ フィルター　フレーム数　露出時間　限界等級 （秒） (AB mag; 10σ) ------------------------------------------------------------------ F300W 77 153700 26.98 F450W 58 120600 27.86 F606W 103 109050 28.21 F814W 58 123600 27.60 ------------------------------------------------------------------506950秒=140.8時間 Williams et al. 1996, AJ, 112, 1335.

  8. 満月の大きさ ハッブルディープフィールド(Hubble Deep Field: HDF)

  9. Hubble Deep Field 1996年公開　露出時間　約140時間（約6日) 約3000個の銀河（銀河系の星は10個程度） いろんな距離の銀河が重なって見えている

  10. Hubble Deep Field 1996年公開　露出時間　約140時間（約6日) 約3000個の銀河（銀河系の星は10個程度） いろんな距離の銀河が重なって見えている 数字はKeck望遠鏡による赤方偏移

  11. 近傍宇宙にはあまり見られない不規則な形の銀河がたくさん見られる近傍宇宙にはあまり見られない不規則な形の銀河がたくさん見られる ようやく銀河の揺籃期にたどりついた？ Van den Bergh et al. 1996, AJ, 112, 359

  12. HDF以前の High-z Galaxiesの探査 ・Guhathakurta, Tyson, Majewski, S. R. 1990, ApJ. 357, L9faint blue galaxiesの色からhigh-z galaxies を見つけられる 確認された「宇宙最遠方天体」の時代変化 ・ Steidel et al. 1995, AJ, 110, 2519 “Searches for galaxies at z> 3 have been spectacularly unsuccessful up to now, given the efforts devoted to the quest. Two main techniques employed have each come across difficulties which were largely unforseen at the outset.” - deep imaging - search for Lyman alpha emission (blank sky and known QSO) ・ Steidel et al. 1996, ApJ, 462, L17 (received: Dec. 1995) “Spectroscopic Confirmation of a Population of Normal Star-forming Galaxies at Redshifts z> 3” (19 z>3 galaxies) ・ Steidel et al. 1996, AJ, 112, 352 (received: Mar. 1996) “Spectroscopy of Lyman Break Galaxies in the Hubble Deep Field”

  13. Drop Out Technique: Color Selection Star-forming galaxyat z=3.151 QSO at z=3.295 Steidel et al. 1995, AJ, 110, 2519.

  14. HDFのインパクト z>3の　normal galaxies の探し方が分かった! Rest-frame λ=912 Å U-B vs B-V for z~3 LBGs Dickinson 1997, Proc. STScI symp.

  15. 10.2 高赤方偏移銀河の探し方

  16. Stern and Spinrad 1999, PASP, 111, 1475-1502 (invited review) We review the systematic observational techniques used to identify galaxies at early cosmic epochs. In the past few years, the study of normal, star-forming galaxies at z>3 has become possible ; indeed, successful methods have been developed to push the frontier past z=5. We are now directly observing individual galaxies within a Gyr of the big bang. We present a detailed review of the many search methods used for identifying distant galaxies, consider the biases inherent in different search strategies, and discuss early results of these studies. We conclude with goals for future studies at the start of the 21st century.

  17. 8. CONCLUSIONS AND THOUGHTS FOR THE NEW MILLENNIUM Progress in the field of distant galaxies has been rapid. Young, star-forming galaxies have been located by several means, and studied from space and the ground to magnitudes as faint as V=28 and redshifts as large as z=5.7, perhaps to even z=6.7 or higher. A population of faint, dusty galaxies has been detected in the sub-mm region; their redshift distribution remains uncertain for now. （中略　HSTがprotogalaxy candidatesを見つけた） The last review of the subject of primeval galaxies in this journal, only 5 years ago, was largely a census of nondetectionlimits and a discussion of theoretical expectations of the predicted widespread population of young galaxies at high redshift (Pritchet 1994). The field is expanding so fast now that this review will be largely outdated at the time of press.

  18. 3. SEARCHES AT NONOPTICAL WAVELENGTHS 3.1. High-Redshift Radio Galaxies 3.2. Submillimeter Detections of Distant Galaxies 3.3. Luminous Infrared Galaxies 3.4. X-Ray Emission Associated with Distant Galaxies 3.5. Gamma-Ray Bursts 3.6. Summary High-redshift sources identified at nonoptical/near-infrared wavelengths therefore provide an important, albeit skewed, view of galaxy formation, typically selecting unusual sources with powerful active nuclei or systems undergoing massive bursts of star formation. Recently several optical/near-infrared techniques have proved successful at isolating the "normal" population of distant galaxies. We discuss these methods below.

  19. 4. OPTICAL/NEAR-INFRARED SELECTION OF DISTANT GALAXIES 4.1. Lyman-Break Galaxies 4.2. Photometric Redshifts 4.3. Emission-Line Searches for Distant Galaxies 4.4. Serendipitous Long-Slit Searches (Fig.8) 長いスリット スペクトル (4600Å-5800Å) たまたま輝線のみ受かった銀河1 z=3.022 z=3.299 星（銀河?) 目標銀河 たまたま輝線のみ受かった銀河2 z=3.357 Manning et al. 2000, ApJ, 537, 65 4.5. Narrowband Spectroscopy 4.6. Targeted Searches（遠方のクェーサーの周辺の銀河を探す）

  20. 10.3 Photometric Redshift　　（測光的赤方偏移）

  21. Photometric Redshift （測光的赤方偏移） 多くのバンドの測光値に（最小自乗法で）最も合うような銀河のSEDから求められる赤方偏移(zphot)のこと ・ Baumによる提案(IAU Symp., 15, 390, 1963)・ Loh & Spillar による先駆的　な仕事 (ApJ, 303, 154, 1986) HDFにより、最大口径 (Keck 10m) の地上望遠鏡でも分光できないほど暗い銀河が観測されてようやく注目の的となった。 現在の遠方銀河の研究には必須の道具

  22. Template SEDs Kodama & Arimoto model による Furusawa et al. 2000, ApJ, 534, 624.

  23. 測光的赤方偏移 分光による赤方偏移 Furusawa et al. 2000, ApJ, 534, 624.

  24. 10.4　ライマンブレイク銀河 (LBGs)　　　　とライマンα輝線銀河 (LAEs)

  25. 高赤方偏移 (z>3) 銀河の代表例 ライマンブレイク銀河 (LBGs)ライマンα輝線銀河 (LAEs) この分類は銀河の本質によるものではなく、 検出の手法の違いによるもの これらの銀河の、本質、形態、相互関係および現在の銀河との関係は現在の重要研究課題　　 （両者とも星形成活動が盛んな銀河） LAEsはLBGsに比べて、less massiveでよりmetal poor である証拠が出てきている すばる望遠鏡が世界の最先端と競い合っている分野

  26. Lyman Break Galaxies (LBGs) Rest-frame λ=912 Å Yoshida, SO et al. 2006, ApJ, 653, 988 ライマンブレイクを挟むフィルター ライマンブレイクより長波長であることを確認するフィルター Subaru (Suprime-Cam) Filters B-R vs R-i’ for z~4 V-i’ vs i’-z for z~5R-i’ vs i’-z for z~5 Drop out Color Selection

  27. Color Selection for z~4 LBGs Star forming galaxy with E(B-V)=0, 0.16, 0.3 Yoshida, SO et al. 2006, ApJ, 653, 988 SDF: Subaru Deep Field 境界線 stars 分光観測によるz Local Elliptical(at z=0-3) Local Spiral(at z=0-3) Local Irregular(at z=0-3)

  28. Luminosity Function of LBGs Yoshida, Shimasaku, S.O., SDF team et al. 2006, ApJ, 653, 988 Z= 0 - 6にわたる光度関数の進化 z>5 でLBGが減り始める 従来より圧倒的に多数のサンプル 4500 z~4 LBGs800 z~5 LBGs bright faint

  29. Lyman αEmitters (LAEs) NB816 filter 狭帯域フィルターを用いた探査 cf. ライマンブレイク銀河 連続光がほとんど受からなくても検出可能 （Ajiki et al. 2003, AJ, 126, 2091

  30. LAEsの探査: 狭帯域フィルター 広帯域フィルター 狭帯域フィルター NB816 NB912 NB711 強度/透過率 夜光輝線 波長 Z=4.8 Z=5.7 Z=6.5 夜光(OH emissions)の谷間をねらう ターゲットとなる赤方偏移は任意に選べない

  31. Selection of z~5.7 LAE candidates QSO SDSSp J104433.04-012502.2 at z=5.74 の周辺 （Ajiki et al. 2003, AJ, 126, 2091

  32. Low-z Emitters を除くには二色図を用いる Subaru Deep Survey. II. Luminosity Functions and Clustering Properties of Lyα Emitters at z=4.86 in the Subaru Deep Field, Ouchi, SO et al. 2003, ApJ, 582, 60 Young SF gal + Lyαat z=4.86 nearby SB gals (z<1.2) IGM吸収 0.5 1 1.5 stars 0.5 1.0 E, S, Irr(0<z<2) LBGs

  33. 赤方偏移z=4.86 におけるLAEsの大規模構造 43 LAE 候補天体　in SDF(全体で34653天体；　　　偽物混入率 ~ 20%) 極めて非一様な分布 原始銀河団？密度超過 ~ 2 ダークマターとLAEsの間のバイアスは大きい: b~6(Shimasaku, SO et al., 2003, ApJ, 586, L111)

  34. 赤方偏移 z~5 にある二つのスライス 4.79+/-0.04 4.86+/-0.03 二つの狭帯域フィルター 3.3億光年 100Mpc 4.79+/-0.04 4.86+/-0.03 赤方偏移: 距離の差= 39 Mpc/h70 55Mpc 1.8億光年 39Mpc 1.3億光年

  35. 赤方偏移 z~5 にある二つのスライス 4.79+/-0.04 4.86+/-0.03 二つの狭帯域フィルター 3.3億光年 100Mpc 4.79+/-0.04 4.86+/-0.03 赤方偏移: 距離の差= 39 Mpc/h70 55Mpc 1.8億光年 39Mpc 1.3億光年

  36. 赤方偏移 z=5.7のLAEsの大規模構造 広い天域（SXDF field） 305,012 天体から515 LAE候補天体を検出 (偽物混入率 推定~30%) (z=5.7) NB816 分光観測　(2003 Dec.) の結果19/22 (86%) are LAEs at z=5.7 z>2 において 100 Mpcより広い領域を調べた最初の宇宙地図 （Ouchi, SO et al. 2005, ApJ, 620, L1）

  37. 10.5 その他の高赤方偏移銀河

  38. SMG: submillimeter galaxy (1.5<z<4？) DRG: Distant Red Galaxies (z>2) BzK Galaxies (1.4<z<2.51) BM, BX: (1<z<3) SMG: submillimeter galaxy 可視光では全く見えないが、サブミリ波で強い放射を出す。ダストに覆われた活発な星生成銀河(ULIRG at high z?) 赤方偏移分布はまだ完全にはわかっていないが2<z<4？銀河進化の鍵を握る種族。 サブミリ波 ダストの熱放射エネルギー源としてのAGNの寄与の解明も今後の課題

  39. DRG: Distant Red Galaxies (z>2) A Significant Population of Red, Near-Infrared-selected High-Redshift Galaxies, Franx et al. 2003, ApJ, 587, L79 J-K>2.3 なら　z>2 Single-burst populationformed at z=5 100 Myr, E(B-V)=0.5 1 Gyr, E(B-V)=0.15 Single-age populations Continuous star formation models

  40. BzK Galaxies A New Photometric Technique for the Joint Selection of Star-forming and Passive Galaxies at 1.4<z<2.51, Daddy et al. 2004, ApJ, 617, 746 Z=1.729 galaxy (BC03 model) s-BzK p-BzK Fλ Fν

  41. BM Galaxies, BX galaxies Optical Selection of Star-forming Galaxies at Redshifts 1 < z < 31 Aderberger et al. 2004, ApJ, 607, 226

  42. 10.6 ハッブル宇宙望遠鏡による探査

  43. Deep Galaxy Surveys by HST HDF: Hubble Deep Field (1996) 2.7x2.7 sq. arcmin; 4 bands, exp.= 5.9 days Williams et al. 1996, AJ, 112, 1335 HUDF: Hubble Ultra Deep Field (2004) 3.3x3.3 sq. arcmin; 3 bands+1 IR band, exp.=11.3.days http://www.stsci.edu/hst/udf GOODS: Great Observatory Origins Deep Survey 320 sq. arcmin (two fields); multi-wavelength Giavalisco, M., et al. 2004a, ApJ, 600, L93 GEMS: Galaxy Evolution from Morphology and SED 800 sq. arcmin; 2 bands Rix et al. 2004, ApJS, 152, 163 COSMOS: Cosmic Evolution Survey 2-sq. deg; 2 bands http://www.astro.caltech.edu/~cosmos/index.html CANDELS: The Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey GRAPES: Grism ACS Program for Extragalactic Science Pirzkal et al. 2004, ApJS, 154, 501

  44. 赤経 12:36:49.4赤緯 +62:12:58 +Flanking Fields (J2000) HDF: ~8’ The Hubble Deep Fieldhttp://www.stsci.edu/ftp/science/hdf/hdf.html 復習 観測: 1995年12月18-30日　（ 所長留め置き時間） 所長：Bob Williams ------------------------------------------------------------------ フィルター　フレーム数　露出時間　限界等級 （秒） (AB mag; 10σ) ------------------------------------------------------------------ F300W 77 153700 26.98 F450W 58 120600 27.86 F606W 103 109050 28.21 F814W 58 123600 27.60 ------------------------------------------------------------------506950秒=140.8時間 Williams et al. 1996, AJ, 112, 1335.

  45. ハッブルウルトラディープフィールド(HUDF) 新しいACS (Advanced Camera forSurveys)　により撮影 2004/3/15　公開総露出時間　100万秒=約12日z=7-12（4ー7億歳の宇宙）にある銀河 http://www.stsci.edu/hst/udf

  46. Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS) NASAのGreat Observatories4つのうち３つは稼働中 Spitzer, HST, ChandraXMM-Newton + Ground-based Telescope(NOAO, ESO) Deep survey Hubble Deep Field North + Chandra Deep Field South (~300 square arcmin) http://www.stsci.edu/science/goods/ http://www.eso.org/science/goods/ 2002.8 ～

  47. GOODSの主目的は銀河の進化の解明 ~300 sq. arcmin 約45日間隔で何度も撮影 HST Treasury Program(PI: Mauro Giavalisco ) Spitzer Legacy Program(PI: Mark Dickinson) 遠方のSN Iaの探査にも大きく貢献　(Riess et al. 2004, ApJ, 607, 665)

  48. Galaxy Evolution from Morphology and SEDs(GEMS) Rix et al. 2004, ApJS, 152, 163

  49. Cosmic Evolution Survey (COSMOS) http://www.astro.caltech.edu/~cosmos/ ・ 2 平方度を ACS (Advanced Camera for Surveys)で撮影 ・ 2年間で10% (640 orbits) のHST time (Cycles 12 and 13)を使用 ・ 他の天文台の協力： Subaru,VLA, VLT, XMM-Newton, UKIRT, etc・ Almost 100 scientists in a dozen countries. HSTによる前例のない広視野サーベイ 分解能と視野を兼ね備えたところが最大の特徴 large scale structure (LSS) in the universe formation of galaxies, dark matter, and nuclear activity in galaxies. PI:Nick Scoville, Japan Program PI: Yoshiaki Taniguchi ApJS, 172, 2007 はCOSMOSの初期成果の特集号

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