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すばる望遠鏡次世代広視野撮像装置を用いた
大規模活動銀河核探査 SWANS Project
長尾透（愛媛大）
【講演内容】
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SWANSの歴史的経緯
HSCサーベイ計画
SWANS計画概要
取り組みの今後の予定
2010年2月18-20日筑波大学計算科学研究センター
ワークショップ『巨大ブラックホールと銀河の共進化』
SWANS: そもそもの始まり
1999年: すばる望遠鏡ファーストライト
2000年: すばる共同利用開始 → 安定運用へ
「で、この先どうするの？」
…実は、あんまり明確なビジョンが無かった
2003年: 光赤外将来計画検討会発足
「2010年代の光赤外天文学の進む道を示す」
～次期地上望遠鏡検討班 (→ 後のTMTへ)
～スペース望遠鏡検討班 (→ SPICA, JASMINEなどへ)
～サイエンス検討班
宇宙論・構造形成（杉山）
活動銀河中心核（和田）
銀河・銀河団（児玉）
銀河系・局所銀河（千葉）
星形成・超新星（茂山）
惑星系・太陽系（小久保）
AGN検討グループ
秋山、今西、梅村、大須賀、寺島
中川、長尾、村山、米原、和田
2010年代のAGNサイエンスとは？
（注：議論していたのは2003年）
(1)巨大ブラックホールの成長・進化
(2)降着円盤・電離ガス領域・遮蔽体の構造
(3)ガスの供給メカニズム
(4)母銀河との関係（共進化）
(1)(3)(4) を理解するための課題：
最遠方 ( z > 7 ) AGNの探査
遠方から近傍までのAGN光度関数
各時代での銀河の統計的性質との関係
これらの課題に取り組むためには：
半専用
30m望遠鏡というよりは、8m級の
望遠鏡を使って
主焦点超広視野撮像&分光器によるAGNサーベイを遂行すべし！
とはいえ、すばる望遠鏡を数百晩も占有して
AGNのサーベイをやろうなどという話は
当時としてはあまりにも非現実的に思えた
（そうでもないという話もあった
by 谷口さん）
SWANS = “できることからやりましょう作戦”
「すばる数百晩は無理でも、20晩なら応募できるので」
（長尾＆和田
2003年度若手の会夏の学校@岩手県網張温泉）
すばるintensive programへの応募 (S04B, S05A, S05B)
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Suprime-Cam 20晩
40平方度をSDSSより3等深くまで g’, r’, i’, z’ で撮像
z=3-5 の低光度QSOと明るいLBGをカラー選択で探査
AGN光度関数、空間相関関数、周辺銀河数密度（環境）
総勢18名による提案
秋山、今西、上田、梅村、榎、大須賀、佐々木、高田、谷口、
寺島、中川、長尾、長島、橋本、廣井、村山、米原、和田
一度はヒアリングまで進むも、敗退
観測屋だけでなく理論家が
多数参加していたのが特徴
ちなみに、レフェリーコメントでは：
「広視野多色撮像観測なんてCFHTLSがあるんだから、今からやっても遅い」
（実際には、そんなことなかったのに…）
瓢箪から駒
当時、SWANSの宣伝プレゼンテーションを各方面で展開していた
～天文学会企画セッション「大規模構造」 2004年9月＠岩手大
～理論懇「次世代天文台: 大型装置とサイエンス」 2004年12月＠東大
一方、SCamの後継機であるHSCの議論が天文台を中心に進んでいた
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特定領域研究にHSCが採択（H18-H23）唐牛さん、宮崎さん、et al.
HSCチームの科学的関心はダークエネルギー
つまり、超広視野での多色撮像（+分光）観測を志向していた
ただし数百晩にも及ぶ観測時間の確保が問題 → “戦略枠観測”
All Japan的サーベイを立案する必要の発生 ← SWANSとの接点？
様々な場面で広視野サイエンスに関する検討会の開催 ← SWANSも参画
そしてこのHSCの動きに強い関心を示したプリンストン + 台湾
～資金面 + サイエンスでHSCプロジェクトに参画
～ただしプリンストン + 台湾の関心は必ずしもDEという訳ではない
HSC + All Japan, プリンストン, 台湾のみんなで
でっかいレガシーサーベイをやろう、という機運
Planned (not yet fixed) HSC Surveys
Subaru/HSCで300夜規模の “Strategic” な観測
Wide / Deep / Ultradeep の3層構成のサーベイ
「すばる戦略枠観測」で2012年サーベイ開始目標
HSC-“Wide”
～ 1500-2000平方度、broad 5 bands (+ UKIDSS NIR)、ilim=25.8
～ WLによる宇宙論、銀河団、Ly-breakによるQSO探査、天の川銀河、…
HSC-“Deep”
～ 30-40平方度、broad 6 + NBs、multi-epoch data、ilim=27.2
～銀河進化、時間変動選択によるQSO探査、GRB、太陽系、…
HSC-“Ultradeep”
～ 3.5平方度、broad 6 + various NBs、multi-epoch data、ilim=28.4
～最遠方銀河、宇宙再電離、Ia型超新星、Ly-blob、Ly-cont、…
このデータセットでQSO探査 = SWANS
SWANS: QSOs at z > 6.5
2 dozens of QSOs at 5.7<z<6.5
~ cosmic reionization
~ rapid growth of SMBHs
~ early metal enrichment
~ z>6.5 QSOs definitely needed
Current Maximum redshift: 6.5
~ limit of “i-drop” selection
~ “z-drop” QSOs ??
~ requires “wide” Y & NIR data
Fan et al. (2006)
SWANS: QSOs at z > 6.5
Y – J
Wide z’ and Y data are crucial
 HSC is the best instrument
NIR data necessary
 field: UKIDSS-wide area
Courtesy by Goto-san @ IfA/UH
cool dwarfs
z > 6.5 QSOs
Expected number
 10-100 QSOs @ 6.5<z<7.8
for 2000 sq.deg.
Even more ambitious goal
 a few QSOs @ z > 7.8 !!?
through Y-J-K selection
z’ – Y
石崎さんの講演に注目!!
このあとすぐ !!
© Matsuoka-san / Asami-san
SWANS: QSOs at 5.7 < z < 6.5
QSOs at this redshift… interesting?
z’ – Y
© Kashikawa-san
cool dwarfs
5.7<z<6.5 QSOs
柏川さんの講演に注目!!
このあとすぐ !!
i’ – z’
Comprehensive study
of the re-ionization
with 10^3 QSOs !!!
SWANS: QSOs at 3 < z < 5
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~
~
~
２ｄＦＱＳＯ
QSO LF: double power-law
0 < z < 3: well investigated
3 < z < 5: still unknown
low-luminosity QSOs needed
Croom et al. (2001)
~ SWANS QSOs
~ 3 mag deeper than SDSS
池田さんの講演に注目!!
~ QSO LF
- SMBH evolution
- UV background
~ QSO clustering
- DM halo mass
- QSO lifetime, etc.
~ QSO environment
- triggering mechanism
●: 3.6 < z < 3.9
▲: 3.9 < z < 4.4
○: 4.4 < z < 5.0
ＳＤＳＳ
Fan et al. (2001)
SWANS: QSOs at 3 < z < 5 : UV background
Quasar (Mathews & Ferland 1989)
Starburst, Z=0.05 Zsolar
Starburst, Z=1.00 Zsolar
(Leitherer et al. 1999)
UV from QSOs
Hardness of UV Background
Effects on Galaxy Formation
Cosmic He II Re-ionization
54.4eV
24.6eV
13.6eV
SWANS: QSOs at 3 < z < 5 : Correlation Func.
Croom et al. (2005)
～ Corr.Func.  bias  Mhalo
～ bias  QSO Lifetime
— mass-accretion timescale
榎さんの講演に注目!!
log MDH/Msun=12.5
7
7
tQ=3x108 yr
12.0
6
beff
6
5
5
4
tQ=3x107 yr
3
3.5
Enoki et al. (2003)
4
z
4.5
11.5
4
5
redshift
SWANS: QSOs at 3 < z < 5 : QSO Environment
QSO Activity  Interaction
to study statistically…
QSO Environment
～ Ngal around QSOs
～ Probability of Galaxy Interactions
Results at z=0.2
(McLure & Dunlop 2001)
Borne et al. (2000)
SWANS: QSOs at 3 < z < 5 : Selection
Smith et al. (2002)
i’ — z’
Wavelength (A) 10000
r’ — i’
3000
Richards et al. (2001)
～ Utilizing Ly Bleak Feature
～ Selection in Color-Color Diag.
— g’r’i’  3.6 < z < 4.4
— r’i’z’  4.6 < z < 5.1
～ Avoiding Time-Variability
— each field should be completed
in each observing run (!!)
g’ — r’
r’ — i’
SWANS: QSOs at 1 < z < 3
Ueda et al. (2003)
Richards et al. (2006)
Low-L AGNs grow at z<3!!
~ Evolving stage of major SMBH populations at z<3
HSC “Deep/Ultradeep” datasets
秋山さんの講演
~ X-ray selected low-L AGNs
~ Variability-selected low-L AGNs (Morokuma-san’s talk)
SWANS: Faint AGNs at z < 3 : Variability Selection
Identifying faint AGNs
~ without care about contribution
of host into colors
~ including AGNs with radiationinefficient accretion flow (RIAF)
SXDS results (by Morokuma-san)
~ 10^3 variable objects
in 1 sq.deg. at SXDS
~ half AGNs, half SNe or stars
Morokuma et al. (2008a, 2008b)
Using dataset of HSC-deep
~ min. 6 time obs. during 3 yr
Intervals: a few months or a few years
SWANS: Spectroscopic Follow-Up for High-z QSOs
Optical Spec.
Vanden Berk et al. (2001)
SDSS QSO composite spectra
NV
(2) BH Mass, Eddington Ratio
SiIV+OIV
FeII
FeII
NIR Spec.
松岡さんの講演
(3) Gas Metallicity ( Chemical Evolution)
(1) Hydrogen Neutral Fraction ( Cosmic Re-ionization)
石崎さん・柏川さんの講演
SMBH Growth (Models)
川勝さんの講演
Courtesy by Kawakatu-san
 (1  ) t  t i 
M BH (t )  exp
 
 
t i  0.13Gyr (z  25)
BH mass
Schwarzschild BH: ε=0.057
Extreme Kerr BH : ε=0.42
Super-Eddington accretion
at very high-z universe !?
z=8
z=6.5
“time after the seed-BH formation”
Trump, Nagao, et al. (2009)
log L/LEdd
SMBH Growth (Observations)
log MBH/MSun
log lL3000 [erg/s]
Redshift
COSMOS QSOs  No Significant Increase of L/LEdd at high-z
SWANS with HSC+PFS
 Measuring L/LEdd for QSOs at 3 < z < 5.5
 Identifying “Growing-up Phase” of SMBHs
SWANS：最近の活動と今後の予定
最近の活動
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～
学会企画セッション「広視野サーベイ」（H21.09.15-16）
松山にて SWANS meeting 開催（参加者約40名、H21.10.15-17）
プリンストン大学でのサーベイ検討会に参加（H21.11.09-11）
ミニワークショップ＠長崎大（H22.01.23-24）
ワークショップ「BHと銀河の共進化」＠筑波大（H22.02.18-20）
日本/台湾/プリンストンでの定例TVミーティング開始（H22.02-）
今後の予定
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～
技術的検討項目のリストアップ＆調査活動
HSC サーベイ検討会（H22.06）
SWANS meeting@東北大（？）（H22.10 ? ）
戦略枠観測提案書の執筆（submit : mid H23）
HSC ファーストライト（end H23）
HSC サーベイ開始（H24 - H28 ? ）
分光はどうなるんでしょうね分光も頑張ります
The SWANS Colaboration
Ehime Univ.
T.Nagao, Y.Taniguchi,
Y.Terasima, K.Matsuoka,
H.Ikeda, K.Noguchi
NAOJ
N.Kashikawa, M.Imanishi,
K.Ohsuga, T.Morokuma,
T.Ishizaki, T.Saitoh,
T.Goto, N.Oi
Tohoku Univ. M.Akiyama, T.Murayama
U. Tokyo
N.Asami, T.Ishiyama,
Y.Sakata
JAXA/ISAS T.Nakagawa, S.Oyabu,
S.Komugi
Kyoto Univ. Y.Ueda, T.Hashimoto
U. Tsukuba
M.Umemura, N.Kawakatu
RIKEN
T.Misawa, N.Inada
Kagoshima U.
Nagasaki U.
Nagoya U.
Tokyo Keizai U.
Aoyama Gakuin
Kyoto Sangyo U.
Kyushu Univ.
Subaru
K.Wada
M.Nagashima
Y.Matsuoka
M.Enoki
T.Kawaguchi
A.Yonehara
S.Kouzuma
K.Aoki
IPMU
M.Takada
J.Silverman
Y.Ohyama
T.Lee
Foucaud
Hashimoto
M.Strauss
J.Greene
ASIAA
Princeton Univ.

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