SKA 時代に 向けた 45m 鏡への期待
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SKA 時代に向けた 45m 鏡への期待
鹿児島大学 中西裕之
NRO Users Meeting 2014
14/07/24 NRO Users Meeting 2014 1
• 集光面積 1km 級の巨大電波干渉計– 10 ヶ国が国として推進– 興味がある研究者は 20 ヶ国以上
• 周波数: 0.1GHz から 10GHz• アンテナ総数: 15m 鏡 3000 台• 最大基線長 : 3000km• 建設地: オーストラリア (low-SKA) および南アフリカ (mid-SKA)• 特徴
高感度・高分解能広視野・広帯域
SKA完成予想図高感度、高分解能、広視野、広帯域の
長波長大陸望遠鏡
SKA(Square Kilometre Array)
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45m 鏡と SKA 計画の Synergy
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45m 鏡と SKA 計画の Synergy
• サイエンス– CO vs HI HI 、 H2 共に ISM の主要要素 → H2(CO) は 45m 鏡観測 HI は SKA と試験機で観測– CO vs シンクロトロン放射 星形成のみで相関は説明できない →宇宙線、磁場との相互作用まで
考える必要あり• 技術開発実践の場として
デジタル信号処理技術は共通
Crosthwaite et al. 2001
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CO (H2) vs HI
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HI-H2 相転移
H2 と HI はそれぞれ銀河の中心部および外縁部に多い . 何が fmol を決定するか ? fmol=σH2/(σH2+σHI)
Crosthwaite et al. 2001Honma et al. 1995
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fmol の決定要因
Elemegreen 1993• P↑ → fmol↑
• U↑ → fmol↓
• Z↑ → fmol↑
dust
8 (P/P0)
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観測と理論の比較
Obs.
ICO (obs)
σH2+HI
IHI (obs) IHα (obs) O/H (obs)
fmol=σH2/(σH2+σHI) P, U, Z
IK
M51 M51
14/07/24
Elmegreen (1993) ‘smodel
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解決すべき問題
• 観測的な P の計算 : どれが一番良い ? 1. P Σ∝ tot (Honma et al., 1995)
2. P Σ∝ tot2 (Elmegreen, 1993)
3. P Σ∝ tot√Σ * (Blitz & Rosolowsky, 2004)
• XCO : 一定か ? Z の関数か? 1. XCO=α×1020 (cm-2 ( K km s-1 ) -1) (α = 1-3)
2. XCO= f ( log Z ) (Arimoto et al. 1996, Narayanan et al. ,2012)14/07/24 NRO Users Meeting 2014 9
理論と観測の比較
P と XCO がそれぞれ P Σ∝ tot√Σ * , XCO=1×1020(cm-2 ( K km s-1 ) -1) ならば、理論と観測は一致。
しかし更なる調整が必要。
14/07/24
A.Tanaka+2014
P Σ∝ tot P Σ∝ tot2
P Σ∝ tot√Σ *
P Σ∝ tot P Σ∝ tot2
P Σ∝ tot√Σ *
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UV の補正
Hα 画像から UV 場を求める際に , diffuse 成分のみを使う .
Diffuse and Discrete Only Diffuse Diffuse and Discrete Only Diffuse
14/07/24A.Tanaka+2014
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H2/HI の進化
Obreschkow et al. 2009
• H2/HI の進化が Milenium simulation で予言 (Obreschkow+2009)
• CO and HI の観測が共に重要• fmol を使えば、条件が加わり、
SKA 時代よりも前に H2/HI 変化をとらえることが可能
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Obreschkow et al. 2009
• Evolution of H2/HI predicted Milenium simulation (Springel 2005)
• Observation of CO and HI with ALMA and SKA will be important.
• Study of fmol should be extended to more samples
14/07/24
Tanaka+ 2014
Evolution of H2/HI
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fmol と銀河団環境効果
銀河団中心では HI ガスが欠乏した銀河が多い。
→ ICM との相互作用( ラム圧)によりはぎ取られたと考えられる。
Cayatte et al. 1990 Kenney et al. 2006
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銀河団銀河の fmol
ラム圧 HI ガス → stripped
H2 (CO) ガス→ not stripped分子ガス比
Nakanishi et al. 2006
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CO (H2) vs cm 波帯連続波
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CO vs cm 波帯連続波
Schinerer et al. 2013
• CO vs cm 波帯連続波の相関→ 星形成のみが原因では
ないCO は必ずしも星形
成領域 のみに存在しない• 2 つの可能性
a) 渦状腕における宇宙線と分子ガスの相互作用による 2 次宇宙線が集中 (Murgia et al. 2005)
b) 渦状腕でガス密度と磁場が共に増加することによる相乗効果 (Niklas & Beck, 1997)
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技術開発 ( デジタル)の拠点として
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ROACH ボード (FPGA) による デジタル信号処理
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MeerKAT/SKA-mid の技術開発
14/07/24MeerKAT webpage より
• MeerKAT ではバックエンドに ROACH ボードを採用
• 南アフリカは現在CASPER の第2開発機関
• 国内でも ROACH ボードを使った電波分光計開発を開始
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ROACH ボードによる FOREST 用 デジタル電波分光計開発
PANDA + SAM45 → 帯域32GHz 96GHz 分帯域が足りない
FOREST 受信機 4 ビーム・ 2 偏波・ 2SB(USB ・ LSB 8GHz ) →全帯域幅 4x2x8x2=128GHz
現状
帯域の拡大
改善策
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ROACH ボードによる FOREST 用 デジタル電波分光計開発
• ROACH2 board 8枚 (Xilinx Vertex 6)• ADC1x5000-8 board 16枚 (8bit, <5GSPS)• Valon synth. 5007• 制御用 linux
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ROACH ボードによる FOREST 用 デジタル電波分光計開発NRO 45m , H40 による SiOメーザー観測第4 IF からの信号を ROACH で取得
メーザーのスペクトルを確認 !!
R-CAS
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2013年 12月 13日 野辺山宇宙電波観測所45 m 観測棟にて
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まとめ
• SKA との synergy として、今後も 45m 鏡に期待• サイエンス面の例
45m 鏡による H2(CO) 、 SKA ・試験機による HI ・連続波観測 → ・ fmol は ISM の物理状態を探るバロメーター
・ 連続波 vs CO の相関の起源は何か• 技術開発面の例
デジタル信号処理の実践の場として活躍 → 例として現在 ROACH によるデジタル分光計
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