星形成時間の観測的測定 東大天文センター　Ｍ２　江草芙実 第４回　銀河shop 2004/10/19

発表の概要 渦巻銀河での星形成時間を観測的に測定する手法の紹介 手法の適用例 まとめ これからの課題とALMA 密度波理論とパターン速度 分子雲と星形成領域のずれ 手法の適用例 NGC4254 NGC4321、NGC5194 まとめ これからの課題とALMA NGC5194 CO on DSS B 第４回　銀河shop 2004/10/19

密度波理論とパターン速度（1） Winding Problem 星やガスの差動回転によって腕が形成されるとすると、 時間とともに巻き込みが激しくなり、 腕の形はすぐにきれいな渦巻ではなくなってしまう。 ↓ これは、多くの渦巻銀河が観測されることと矛盾している。 第４回　銀河shop 2004/10/19

密度波理論とパターン速度（2） 密度波理論 パターン速度 円運動のポテンシャル＋spiralの摂動 ポテンシャルの深い所でショックが起きる。(galactic shock) 定常な腕が形成される。 パターン速度 spiralのポテンシャルが回転している角速度。　　　　　　≡ΩＰ　[km s-1 kpc-1] 物質の運動速度ではないため、直接測定できない。 第４回　銀河shop 2004/10/19

分子雲と星形成領域 ↓ ガスとパターンの速度の差とΔｔ CO：分子ガス(H2)のトレーサー →COの強い所=分子ガスが集積している所 Hα：HⅡ領域のトレーサー 星形成時間：galactic shockによって溜まった分子雲から星が生まれて、HⅡ領域が周りに出来るまでにかかる時間。 　　≡Δｔ ~107年？（Δｔ~3×106年＠河村さんの発表） ↓ HαとCOのずれは ガスとパターンの速度の差とΔｔ に比例する。 第４回　銀河shop 2004/10/19

手法（0）：仮定 ガスは完全な円軌道で回転している。 パターンは定常であり、 ΩＰ＝定数。 円軌道から外れる速度成分は、約10 km/s 途中でパターン速度が変化するような状況は考えない。 第４回　銀河shop 2004/10/19

手法（1）：ずれの見え方 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] 第４回　銀河shop 2004/10/19

手法（2）：ずれの定式化とfitting ずれを角度で表すと、 θ＝（ΩＧ－ΩＰ）×Δｔ Δｔ：一定と仮定すれば、 Δt ΩP 定数：Δｔ・ΩＰ 　　　　　↓ θはΩＧの一次関数になるので、 fittingによりΔｔとΩＰを 同時に求められる。 Δt ΩP 第４回　銀河shop 2004/10/19

適用例（1）：NGC 4254 おとめ座銀河団の中の１つ Hubble Type : SAc 中心部： 距離～16 Mpc 1’～ 5 kpc Hubble Type : SAc 中心部： P.A. = 72° Inclination = 34° 第４回　銀河shop 2004/10/19

CO on Hα CO：Sofue et al. (2003) → 視野：中心約1’ Hα：Koopmann et al. (2001) 分解能はともに約2”程度 　　～200pc＠Virgo 第４回　銀河shop 2004/10/19

Phase Diagram 第４回　銀河shop 2004/10/19

銀河の回転速度 COの速度場からRotation curveを作る。 ３σ ５σ 第４回　銀河shop 2004/10/19

Plot and Fitting 第４回　銀河shop 2004/10/19

結果（1）：NGC 4254 ΩＰ＝26 ＋10 －6 km/s/kpc Δｔ＝4.8±1.2 106 yr This work： ΩＰ＝26 ＋10 －6 km/s/kpc Δｔ＝4.8±1.2 106 yr Previous work： ΩＰ～25 km/s/kpc (Kranz et al. 2001) 第４回　銀河shop 2004/10/19

適用例（2）：NGC 4321、NGC 5194 NGC 4321とNGC 5194 分子雲データ→CO: Helfer et al. (2003) 星形成領域データ→DSSのB-band 第４回　銀河shop 2004/10/19

結果（2）：NGC 4321、NGC 5194 NGC 4321: This work Δｔ＝7.8±1.2 106 yr ΩＰ＝37 ＋7 －6 km/s/kpc Δｔ＝7.8±1.2 106 yr Previous works ΩP＝ 17 Elmegreen et al. (1989) ΩP＝ 20　 Sempere et al. (1995) ΩP＝ 31 Canzian et al. (1997) ΩP＝ 18 Oey et al. (2003) NGC 5194: This work ΩＰ＝26 ＋6 －4 km/s/kpc Δｔ＝4.1±0.6 106 yr Previous works ΩP＝ 90 Elmegreen et al. (1989) ΩP＝ 40 Vogel et al. (1993) ΩP＝ 16 Oey et al. (2003) 第４回　銀河shop 2004/10/19

議論：吸収による腕の位置決定の誤差 Hαの輝線は、ダストによる吸収を受ける。 Gonzalez & Graham (1996) 本当のHαの腕のピークは、もっとCOの腕に近いのでは？ Gonzalez & Graham (1996) 表面輝度のピーク位置は、 　Ks-、g-、rs-bandでほぼ同じ。 　　　　　↓ 吸収によって腕の位置が 　変化する量は無視できる。 第４回　銀河shop 2004/10/19

まとめ 星形成時間とパターン速度を決める新たな手法を開発した。 個別の銀河について、それぞれの星形成時間を決定した。 求められる星形成時間は、腕に付随する分子雲から星形成領域（HⅡ領域）ができるまでの時間。 星形成のモデルを介さず、観測的に測定が可能。 個別の銀河について、それぞれの星形成時間を決定した。 得られた時間は、5～7Myr 分子雲の自己重力による崩壊時間（約10Myr）に良く合っている。 第４回　銀河shop 2004/10/19

これからの課題とALMA これからの課題 ALMAでの観測：NGC 4254が10倍の距離にあると？ 腕決定の自動化 解析対象を増やし、統計的な議論に進める。 ALMAでの観測：NGC 4254が10倍の距離にあると？ 必要な分解能～0.2”～200pc＠D=160Mpc 銀河のサイズ～0.6’～ 0.8’→1視野でよい。 速度幅10km/s、3時間の積分で、1σ～4.1 K･km/s NMAの半分の積分時間で、銀河の全面が観測できる。 ちょうど視野に収まる程度に遠い銀河が観測に適している。 第４回　銀河shop 2004/10/19

End 第４回　銀河shop 2004/10/19