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× 　→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 ポテンシャルと密度・腕の話

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。

Previous Method Tremaine-Weinberg method Canzian test Canzian 1993 その他 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。

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）

Arm-offset Method (1) 観測されるずれ ｄ＝ＶＧ×Δｔ－ＶＰ×Δｔ [km] 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]

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

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。

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

Phase diagram

θ-R relation

Rotation Curve Sofue et al. (1999)より、

θ-ΩG relation

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

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

Corotation Radius This work Elmegreen et al. (1989)

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

Other Galaxies: NGC4321 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 －6 km/s/kpc Δｔ＝7.8±1.2 106年

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。 ↑ 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。

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＋２－１　km/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。

END

これまでの結果 銀河名 パターン速度 方法 Kent (1987) NGC936 104 T-W Cepa & Beckman (1990) NGC3992 (M109) NGC628 (M74) 32 56 SFEのarm-interarm比 Merrifield & Kuijken (1995) 60 ± 14 Sempere et al. (1995) NGC4321 (M100) 20 Canzian + s Canzian et al. (1997) 31 Canzian Wada et al. (1998) 65 simulation Kranz et al. (2001) NGC4254 (M99) Debattista et al. (2002) Milky Way 59 ± 5

結果 ＮＧＣ４３２１ ＮＧＣ５１９４ ＮＧＣ４２５４ Δｔ＝9.7±1.9 106年 ΩＰ＝39 ＋24 －16 km/s/kpc 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

まとめ θ‐ΩＧ relation 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。 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。

今後の課題 ずれの求め方 誤差の評価 ↓ 結果として得られるΔｔ、ΩＰの値の 信頼性を高める。 客観的で、自動的に計算できる手法を確立する。 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。