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

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• 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

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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。

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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

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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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