すばるHSC戦略枠観測を用いた赤方偏移6のLAE密度超過領域の探査

樋⼝ 諒東京⼤学宇宙線研究所

2017年6⽉8⽇ 第４回銀河進化研究会@⼤阪⼤学

Abstract

① 宇宙再電離の再電離モデルの推定

② z~6-7⾼⾚⽅偏移原始銀河団の探査

Introduction① 宇宙再電離とは？• z~1100の宇宙の晴れ上がり後、z~6-10に銀河間⽔素が再び電離

問題：・宇宙再電離の主な電離源は何か？（主要な電離源の推定）・どのように進⾏したのか？（再電離モデルの決定）

Robertson+2010

HI

HI

HI

HI

HI

Introduction（主要な電離源の推定）• 宇宙再電離の主要な電離源…星形成銀河・活動銀河核(AGN)→(尾上さんトーク)

（再電離モデルの決定）• 主要な電離源の種類によって、⼆つのモデルが考えられる

→本研究では宇宙再電離がInside-Out/Outside-Inかの判定を⾏う

①星形成銀河の寄与が⼤きい場合 ②AGNの寄与が⼤きい場合

星形成銀河エネルギー低

近傍しか電離できない

銀河⾼密度領域から電離電離バブルを形成

Inside-Out

HI

AGN

エネルギー⾼遠⽅も電離できる

再結合率の低い低密度領域から電離が進む…？Outside-In

Introduction②原始銀河団とは？

• 明確な定義はない• z~0までに>10×10%&𝑀⊙程度の質量の銀河団を形成すると予想される系

(Overzier+16)

• 宇宙再電離・銀河進化の議論に重要• 構成銀河の宇宙再電離への寄与が⼤きい…？(Overzier+16, Chiang+17)• 銀河進化への環境効果の評価に重要

(銀河団銀河とフィールド銀河の違い等…)

• 現在確認されている最遠⽅原始銀河団はz=6.01(Toshikawa+14)

本研究では、①の解析の際⾒つかった原始銀河団候補についても議論する

Introduction本研究の⽬的:① z=5.7(宇宙再電離完了後)からz=6.6(宇宙再電離進⾏中)のHSCの

Lyα輝線銀河(LAE)サンプルを⽤いて、宇宙再電離モデルを決定する

② LAEの密集の度合が⾼い領域（原始銀河団候補）を検出し、その性質を調べる

(…なぜLAEなのか？)

• 周囲の銀河間⽔素が電離されているLAEほどLyα等価幅の値が⼤きくなる(電離バブルを形成することで、Lyα光⼦の脱出率があがる)→Lyα等価幅とLAEの密集の度合の相関を⾒れば、再電離のモデルを決定できる？

• ⾚⽅偏移の不定性が⼩さい→銀河の⾼密度領域を精確に求められる

SampleNB816z=5.7に相当 NB921

z=6.6に相当

g r i z y

(HSC proposal)

z=5.7 (670 LAEs)積分時間: ~1-5 hour観測領域: ~14 deg,(UD_SXDS, UD_COSMOS,

D_ELAIS-N1, D_DEEP2-3)

z=6.6 (653 LAEs)積分時間: ~1-11 hour観測領域: ~21 deg,(UD_SXDS, UD_COSMOS,

D_ELAIS-N1, D_DEEP2-3, D_COSMOS)

z=5.7と6.6のLAEサンプル(Shibuya+17)装置:すばる望遠鏡超広視野主焦点カメラ

(Hyper Suprime-Cam, HSC)

広い視野で、宇宙再電離の空間⾮⼀様性と銀河の分布を調べる

Method

LAEs

LAEの密集の度合をどう定量的に評価するか？

→LAE密度超過δ：

𝜹 = 𝒅𝑳𝑨𝑬3𝒅4𝒅4

𝒅𝑳𝑨𝑬: aperture内のLAE密度𝒅4: 観測領域全体のLAE密度

aperture size: 半径~10 cMpcの円 (Chiang+13)

z=5.7と6.6のLAEサンプルのそれぞれについて、LAEの密度超過とLyα等価幅の相関を求め、その関係の⾚⽅偏移進化を議論する

aperture

Result 1

• Inside-Outの場合、z=6.6でLyα等価幅-密度超過δの相関が強くなると予想される• z=5.7と6.6それぞれでLyα等価幅の中央値とδの相関を⼀次関数で近似する

→パラメータの⾚⽅偏移進化を調べる

Spearman相関係数: -0.60１次近似: -0.7864δ+105.7

Spearman相関係数: -0.5１次近似: -2.106δ+106.0

z=5.7 z=6.6

Result 1• 1σの不定性を超えた⾚⽅偏

移進化は⾒られなかった• 現在のサンプルでは宇宙再

電離モデルの判定はできない

理由：• 撮像サンプルがUV光度で暗

く、Lyα等価幅の不定性が⼤きい• z=6.6では宇宙再電離はほぼ

完了しており(Ouchi+10,Konno+17)、⾚⽅偏移進化は⾒られない？

z=5.7

z=6.6

Result 1

• Inoue+ in prepによる理論モデル:• N体計算と輻射輸送計算による宇宙再

電離シミュレーション＋LAEモデルによる模擬LAEサンプル

• 先ほどと同様の解析を⾏う

→z=5.7から6.6で⾚⽅偏移進化は⾒られず、z=7.3でInside-Outの傾向が⾒られる？

Result 2• 今回調べた観測領域に、⾼い密度超過を⽰す領域が複数存在

→原始銀河団も含まれる？

• 今回はz=5.7においてδ>5.5、z=6.6においてδ>6.0を⽰す領域をLAE⾼密度領域と呼び、原始銀河団候補を絞る

密度超過δ密度超過δ

個数

N

個数

N

z=5.7 z=6.6

Result 2⼀例：NB816 UD SXDS

• z=5.7の原始銀河(Ouchi+05)を再確認• 同様のLAE⾼密度領域を複数確

認(z=5.7: 13個、z=6.6: 7個)

• 過去の⽂献と我々の研究グループの観測から、⼆百数⼗個のz=5.7, 6.6のLAE分光サンプルを構築→３次元構造を確認（継続）

Summary• 本研究ではHSCの広領域のLAEサンプルを⽤いることで、宇宙再電離の

空間⾮⼀様性と銀河分布の相関を調べた• 宇宙再電離完了期(z=6.6)と完了後(z=5.7)において、両者の相関に有意

な⾚⽅偏移の相関は⾒られなかった• 現段階では宇宙再電離のInside-Out/Outside-Inの判定は難しい• z=7.3を含めた今後のHSCのLAEサンプルを⽤いれば、宇宙再電離が

Inside-Out/Outside-Inかの判定ができると予想される• LAEの分布を調べることにより、z=5.7-6.6において原始銀河団候補を

多数確認した