Pattern Speed Determination of a Spiral Galaxy NGC

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
1. 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
•
•
密度波理論とパターン速度
分子雲と星形成領域のずれ
2. 手法の適用例
•
•
NGC4254
NGC4321、NGC5194
3. まとめ
4. 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
1. 星やガスの差動回転によって腕が形成されるとすると、
2. 時間とともに巻き込みが激しくなり、
3. 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
1. 円運動のポテンシャル＋spiralの摂動
2. ポテンシャルの深い所でショックが起きる。(galactic
shock)
3. 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
• 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。
– 円軌道から外れる速度成分は、約10 km/s
– 銀河回転の速度～200 km/sに比べると、無視しても良い。
• パターンは定常であり、 ΩＰ＝定数。
– 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
分子雲の腕
ＶＧ×Δｔ
ＶＰ×Δｔ
ｔ＝０
星形成
領域
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、
– 観測量：θ・ΩG
– 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
– 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
• 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
• NGC 5194: This work
– ΩＰ＝37 ＋7 －6 km/s/kpc
– ΩＰ＝26 ＋6 －4 km/s/kpc
– Δｔ＝7.8±1.2 106 yr
– Δｔ＝4.1±0.6 106 yr
• Previous works
– ΩP＝ 17
Elmegreen et al. (1989)
– ΩP＝ 20
Sempere et al. (1995)
– ΩP＝ 31
– ΩP＝ 18
Canzian et al. (1997)
• Previous works
– ΩP＝ 90
Elmegreen et al. (1989)
– ΩP＝ 40
Vogel et al. (1993)
– ΩP＝ 16
Oey et al. (2003)
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。
– 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。
– 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
– 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

Download Report