Introduction to “Stellar and Interstellar Physics Team”

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1 Introduction to “Stellar and Interstellar Physics Team”
Hiroshi Imai Department of Physics and Astronomy Science and Engineering Area of the Research and Education Assembly / Graduate School of Science International Radio Astronomy Collaboration Promotion Office Kagoshima University 4 April 2016

2 Stellar and Interstellar Physics (1/3)
For understanding stars and interstellar medium (ISM = gas + dust) and their evolution dynamics of ISM in star forming regions (SFRs) and circumstellar envelopes (CSEs, around evolved stars) and its effects on stellar evolution x: duration of stellar phase: t ~10x years Stellar evolution in Hertzsprung-Russell Diagram (Harwig 2005)

3 Stellar and Interstellar Physics (2/3)
For understanding physical mechanisms of astrophysical maser (microwave amplification by stimulated emission of radiation) in SFRs and CSEs masers as probe of stellar and interstellar physics extended (molecular) atmosphere emission distance from star Velocity Maser emission around an evolved star (Richards 2011)

4 Stellar and Interstellar Physics (3/3)
For understanding masers as probe of the dynamics of the Milky Way Galaxy and the Local Group of galaxies masers as tools of trigonometry and astrometry in the nearby universe H2O and CH3OH maser sources in the spiral arms of the Milky Way Galaxy (Reid et al. 2014) High precision trigonometry with H2O masers (Asaki et al. 2015)

5 Applications of maser study to wide areas of astronomy
Yielded by uniqueness of maser phenomena in specific conditions VLBI observations in ultimately high angular resolution

6 Research method: radio astronomy
single dish: for high sensitivity (deep), large area source survey interferometry: for high angular resolution imaging

7 Accessible radio interferometers in the world
VLBA RadioAstron ALMA

8 Forthcoming radio interferometers
Australian SKA Pathfinder (ASKAP) Square Kilometre Array (SKA) Phase 1 ~2020 Phase 2 ~2028

9 Research activities Used facilities: radio interferometers
VERA: VLBI Exploration of Radio Astrometry KaVA: Korean VLBI Network (KVN) and VERA Joint Array JVN: Japanese VLBI Network ALMA: Atacama Large Millimeter-submillimeter Array VLBA: Very Long Baseline Array JVLA: Karl Jansky Very Large Array LBA: Australia Long Baseline Array EVN: European VLBI Network ATCA: Australia Telescope Compact Array RadioAstron (Russian Space VLBI) Planned future facilities EAVN: East Asian VLBI Network APT: Asian-Pacific Telescopes (EAVN+LBA) SKA: Square Kilometre Array ASKAP: Australia SKA Pathfinder (SKA precursor) Current major contributions Interferometry data analysis pipeline scripts Scientific observation simulations Study on maser physics and final stellar evolution

10 International collaborations
International Centre for Radio Astronomy Research (Australia) Australia Telescope National Facilities (Australia) Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (Australia) University of Tasmania (Australia) Korea Astronomy and Space Science Institute (Korea) Ural Federal University (Russia) ASTRON (Netherlands) Shanghai Astronomical Observatory (China) Center for Astrophysics, The University of Cambridge (USA) Keele University (United Kingdom) Max-Plank Institute for Radio Astronomy (Germany) Institute de Astroficica de Andalucia (Spain)

11 International studentship/fellowship
Foreign students in this year Gabor Orosz (from Budapest University of Technology and Economics) Foreign students and researchers who studied in KU Daniel Tafoya (from UNAM, Mexico) James Chibueze Okwe (from University of Nigeria) Chong, Sze Ning (from University of Hong Kong) Ross Burns Alexander (from Cardiff University, UK) Application to international studentship (short/long stay for graduate student) Joint Institute for VLBI in Europe (Netherlands) International Centre for Radio Astronomy Research (Australia) Other institutes or universities in collaboration (Korea, Australia, ….)

12 Main research themes Stellar and interstellar astrophysics
Copious, asymmetric mass loss from dying stars AGB stars, OH/IR stars, pre-planetary and planetary nebulae Stellar pulsation of long period variable stars Mira and semi-regular/irregular variable stars Star formation (mainly high mass: M*>10Msun) Astronomical masers as probe of interstellar matter microwave amplification by stimulated emission of radiation OH, H2O, SiO, (HCN, CH3OH, …) Mapping the Milky Way Galaxy Annual parallax and secular motions of maser sources Orbit determinations of target stars for exploring stellar evolution and star formation process Development and commissioning in present VLBI KaVA (KVN and VERA combined array) Study on future large radio interferometer Square Kilometre Array (SKA), and its precursors

13 Radio Movie SiO v=1 J=1-0 masers around TX Cam Watching final copious
stellar mass loss Biweekly, 112-frame, monitoring very long baseline interferometry (VLBI) observations (Gonidakis et al. 2012) Our near future goals: multi-line (H2O, SiO) and multi-transition radio movies to visualize the physical process of the mass loss using our VLBI facilities

14 研究課題： 学部生向き (1/3) 2016年度は2—5 人募集 (仮配属学生含む)
研究課題：　学部生向き (1/3) 2016年度は2—5 人募集 (仮配属学生含む) 留意事項 提供する研究課題は、配属希望時点で大学院博士前期課程の進学を希望するかしないかに依る 独自の研究テーマの提案をしても良い ４月末まで、実行可能かは要相談 仮配属学生の場合： 当チームが開講する「宇宙科学セミナー」を受講すること（１年間） 「宇宙科学セミナー」とは別にチームの研究活動を手伝うこと （独自テーマを科せられる） （宇宙科学特別研究）成績評価は絶対評価で行う 査読論文向けのレポート（英文or和文）をまとめた: 100点 一定レベル以上の研究テーマの目的を果たした: 80点 2/3以上研究室研究活動に参加した: 60点

15 平成28年度急募： 次世代VLBI観測装置の整備
科学研究費基盤研究(A)(平成28~31年度） 「多波長帯電波同時高解像度撮像による星周物質の合成・加速過程の探求」 これを 新規開発・ 搭載して 世界に誇れる 画期的な研究を 実現します 国立天文台水沢VLBI観測所及び野辺山宇宙電波観測所で研究活動を進めます

16 研究課題： 学部生向き (2/3) 学部卒業学生向きに提供可能な研究課題： 在籍期間中にテーマが完成するもの
研究課題：　学部生向き (2/3) 学部卒業学生向きに提供可能な研究課題：　 在籍期間中にテーマが完成するもの OCTAVE システムを使ったVLBI実験の推進 国立天文台が開発した新システムの立ち上げへの参加 AIPSを使ったデータチェックや像合成 Square Kilometre Array (SKA)を使った研究を想定した 各種シミュレーション ARIS + AIPS を使用、プログラム（スクリプト）作成 研究計画案を作成: 特に高精度電波源位置計測に関して KaVA (KVN and VERA Array) 試験観測データの解析 AIPSを使用 画像処理に関する各種テストの実行 研究計画立案補助: ESTEMA (Expanded Study on Stellar Masers) VERA単独アストロメトリ 特殊メーザー天体の年周視差計測 大質量星形成領域水メーザー源の内部運動解析

17 研究課題： 学部生向き (2/3) 大学院進学希望学生向き提供可能な研究課題 (大学院在籍期間中にテーマが完成するもの)
研究課題：　学部生向き (2/3) 大学院進学希望学生向き提供可能な研究課題 (大学院在籍期間中にテーマが完成するもの) 宇宙の噴水に付随する水メーザー源の観測 KaVA, LBAデータの解析に基づく 終末星からの高速ジェット形成・進化過程の研究 ALMA、JVLAデータの解析 SKA (Square Kilometer Array)関係 研究課題の検討のための情報収集と各種シミュレーション Galactic Australia SKA Pathfinder Spectral Line Survey (GASKAP)関連 RadioAstron (Space VLBI)国際共同観測 高輝度水蒸気メーザー源の物理学 そのほか 赤外線天文衛星「あかり」データを用いたOH/IR星に関する研究

18 研究課題： 博士前期課程（志望者予定） ※実データを獲得する為の研究／観測計画の提案書を作成する
研究課題：　博士前期課程（志望者予定） ※実データを獲得する為の研究／観測計画の提案書を作成する KaVA/JVN/EAVN を用いた新しい研究の展開 多数遷移の同時観測に基づく SiOメーザー励起機構の研究 銀河系バルジ・銀河系中心の動力学的構造の研究 銀河系衛星銀河／球状星団の軌道計測 ALMA を用いたメーザー源天体の撮像 「宇宙の噴水」天体 LBA関係 大小マゼラン雲H2Oメーザー源及び位置参照電波源に関する研究 銀河系最外縁部の銀河回転／星形成に関する研究 OHメーザー源を使った各種研究の展開 SKA/ASKAP 関係 Galactic Australia SKA Pathfinder Spectral Line Survey (GASKAP)関連 RadioAstron (Space VLBI)国際共同観測 高輝度水蒸気メーザー源の物理学

19 研究課題： 博士後期課程（研究者志向） 自分でテーマを考えること： 研究者として自立する訓練
研究課題：　博士後期課程（研究者志向） 自分でテーマを考えること：　研究者として自立する訓練 海外研究者との共同研究の開始すること (KaVA、SKA等) 個別テーマ（例） 「宇宙の噴水」プロジェクトの推進 天の川銀河核円盤(R~100 pc)及び中心星団(R~30 pc)の 　　　　　　　　　　　 力学的性質に関する研究 天の川銀河内の古い散開星団の距離と軌道及び 力学的性質に関する研究  天の川銀河ハロー／球状星団におけるAGB星の 探査と統計的分析及び高精度軌道計測 大小マゼラン雲の爆発的星形成 （スターバースト）の精密観測 ミラ型変光星H2O/SiOメーザー源動画の作成 　　 ー脈動衝撃波伝搬の直接撮像ー OHメーザー源の掃天探査及び 天の川銀河及び大小マゼラン雲の構造に関する研究