low metallicity star formation @ high...

Low Metallicity Star Formation@ High Redshift

谷口義明愛媛大学宇宙進化研究センター

宇宙の一番星はいつ、どのように生まれた？

宇宙の歴史(イラスト）NASA/WMAP 2

でも、彼は問う

3

Most Distant Galaxies @ z > 6in 2010-09

No. Name z Tel. Method Ref.

1 IOK1 6.96 Subaru NB Iye06

2 SDF132522 6.597 Subaru NB Taniguchi05

3 SDF132520 6.596 Subaru NB Kashikawa06

4 SXDF HIMIKO 6.595 Subaru NB Ouchi08




8 SDF132418 6.578 Subaru NB Kodaira03

9 HCM-6A 6.56 Keck NB/GL Hu02




13 SEXSI-SER 6.545 Keck Ser Stern05



2 LAEs at z > 7(Vanzella+10, arXiv:1011.5500)

5

LAE at z = 6.97(Fontana+10, ApJ, 725, 205)

6

LAE at z = 8.555 in UDF(Lehnert+10, Nature, 467, 940)

7

Most Distant Galaxies @ z > 6in 2010-10-β

No. Name z Tel. Method Ref.

1 UDF-y3813 8.555 VLT LBG Lehnert10

2 BDF-3299 7.109 VLT LBG Vanzella10

3 BDF-521 7.008 VLT LBG Vanzella10

4 G2-1400 6.97 VLT LBG Fonatana10

5 IOK1 6.96 Subaru NB Iye06



8 SXDF HIMIKO 6.595 Subaru NB Ouchi08




12 SDF132418 6.578 Subaru NB Kodaira03

13 HCM-6A 6.56 Keck NB/GL Hu02



More Galaxies @ z > 7

・ 8 galaxies at z ~ 8 in UDF (Taniguchi+10, ApJ, 724, 1480)

・ 113 galaxies at z ~ 7 – 8(Bouwens+10, arXiv:1006.4360)

・ 4 galaxies at z ~ 8(Trenti+11, ApJ, 727, L39)

・・・・・・

9

z = 7 – 10 の時代が見えてきた !

Bouwens et al. Nature 469, 504-507 (2011)

Optical and near-infrared images of the candidate z 10 galaxy,

UDFj-39546284, from the HUDF

ハッブル・ウルトラ・ディープ・フィールドハッブル宇宙望遠鏡による

史上最強の可視光深宇宙探査

2004年9月リリース

高性能サーベイカメラACSによる約11日に及ぶ可視光観測30等級の銀河まで検出

(銀河の個数＝約 1 万個)

天域：ろ座R.A. 3h 32m 40s.0

Dec. -27° 48' 00“天域の広さ= 3分角×3分角

HUDF

11（NASA/STScI）

Wide Field Cam 3

FOV: 123”×136” (51.2”×51.2” for NICMOS)Pixel Resolution: 0.13” (0.2” for NICMOS)

Survey efficiency: (15－20）×NICMOS12

ハッブル・ウルトラ・ディープ・フィールドハッブル宇宙望遠鏡による

史上最強の近赤外深宇宙探査

2010年1月リリース

広視野カメラ3号機WFC3による10日に及ぶ近赤外観測

28.5等級の銀河まで検出(銀河の個数＝約 5千個)

天域：ろ座R.A. 3h 32m 40s.0

Dec. -27° 48' 00“天域の広さ= 2.4分角×2.4分角

HUDF

13（NASA/STScI)

http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/images/hs-2010-02-e-compass_large_web.jpg

Galaxies @ z ~8 in HUDFー Y105 dropouts ー

1. Bouwens et al. 2010, ApJ, 709, L133

2. McLure et al. 2010, MN, 403, 960

3. Bunker et al. 2010, MN, 409, 855

4. Yan et al. 2010, RAA, 10, 867

5. Finkelstein et al. 2010, ApJ, 719, 1250

14

HUDFで発見された131億光年彼方の銀河

http://firstgalaxies.org/hudf09 15

http://firstgalaxies.org/hudf09

Steep UV continuumβ < -3 ? (fλ∝λ

β)

(Bouwens et al. 2010, ApJ, 709, L133)16

Steep UV continuumβ < -3


Steep UV continuum Extremely Metal Poor ?


Nebular continuumがあるとUV continuumは β ~ -2

19

Based on new samples;

70 LBGs at z = 6.0- 8.7

in 45 sq. arcmin

(HUDF, HUDF-09-2, ERS)

~ -2.05±0.09

(McLure+11, arXiv:1102.4881)

(see also, Dunlop+11, arXiv:1102.5005)20

Steep UV continuumReally β < -3 ?

Stars ? : No

Red SED galaxies at z ~ 2-3 ? : No

already checked by the 5 groups

Strong emission-line galaxies at z ~ 2 ?

NOT checked by the 5 groups

Are z =8 galaxies in UDFreally z =8 galaxies ?

21(Taniguchi, Shioya, & Trump 2010, ApJ, 724, 1480)

Star-forming galaxy

at z = 1.5 -2 ?

22We have found LITTLE possibility !

初代星・初代銀河・宇宙再電離これらを矛盾なく説明できるか？

HUDFで発見された銀河の距離は131億光年

宇宙年齢6億歳の頃の銀河

この頃、宇宙は完全電離している (by WMAP)

１．HUDFで発見された銀河は

宇宙を完全電離できるか？

２．できるとすれば、その条件は何か？

(Taniguchi, Shioya, & Trump 2010, ApJ, 724, 1480)23

List of z = 8 galaxies in UDF

z ~ 7

Single detection seems unsafe

because of unexpected

noise

24

UV Luminosity Functionbased on 8 real galaxies

25

B10 z 8 LFM*=-19.5

Φ*=1.1E-3α = 1.7

宇宙再電離問題- 重元素量がZ =Z☉の場合 -

26(Madau+99, ApJ, 514, 648)

初代星まで考える

Z=Zsun

Z=0

M =107Msun

Z=0.02 Zsun

Z=5E-4 Zsun

27Pop III models from Schaerer (03, AA, 397, 527)

点線：Mu = 500 M☉実線：Mu = 100 M☉

HUDFで発見された131億光年彼方の銀河は宇宙を再電離できたか？

重元素量がZ =Z☉の場合離脱率< 50% だと再電離不可能離脱率 = 100% だと再電離可能しかし、非常に暗い銀河まで必要

重元素量が Z < 5x10-4 Z☉の場合離脱率 < 50% でも再電離可能非常に暗い銀河まで必要としない

28

困難

簡単

HUDFで発見された131億光年彼方の銀河は宇宙を再電離できる！

重元素量 Z < 5x10-4 Z☉

スーパーウインドによる

電離光子の離脱 (fesc ～ 0.5)

電離ガス連続光の低減

低重元素量星による青い連続光

宇宙再電離が可能（Mori & Umemura, 2006,

Nature, 440, 644） 29

ところが、・・・

30(Yoshida 2011, 愛媛・初代星研究会)

したがって、・・・

Pop IIIの質量が 50M☉以下なら・・・

宇宙再電離は考え直す必要がある

31

宇宙は嘘をつかないので

何か見落としているのか・・・

初代星と初代銀河の関係は？

32(Bromm & Yoshida 2011, ARAA, arXiv:1102.4638)

ここは見えてきたのか？

ここは見えないのか？

初代星は見えるか？ (m1500)

Mu N z =10 z =20 z =30

(M☉) (1.65μm) (3.15μm) (4.65μm)

500 1 38.4 39.3 39.9

500 100 33.4 34.3 34.9

500 10000 28.4 29.4 29.9

100 1 40.9 41.8 42.4

100 100 35.9 36.8 37.4

100 10000 30.9 31.8 32.4

33(Shioya & Taniguchi 2011)

Pop III stars の SED = Black Body w/ T=105 KLbol = 10

7.1 L☉ for M = 500 M☉ & Lbol = 106.1 L☉ for M = 100 M☉

(Bahena & Klapp 2010, ApSS, 327, 219)

34

札幌は電離していない

low metallicity star formation @ high...

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