世界最大の電波望遠鏡の実現に向けて(Preparing for the World’s biggest radio telescope)

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SKAOの観測に向けた「コズミックヌーン」での銀河間物質の物理過程のシミュレーションを実施 Astronomers simulate physical processes in the interstellar medium of galaxies at “Cosmic Noon” for future SKAO observations

2022-07-25 マックス・プランク研究所

A composite image of the future SKA-Mid telescope, blending the existing precursor MeerKAT telescope dishes already on site with an artist’s impression of the future SKA-Mid dishes. © SKAO

国際研究チームは、Square Kilometre Array Observatory (SKAO) が宇宙初期に存在する通常の渦巻き銀河から放射される電波を検出できることを実証しました。
宇宙の初期において、さんかく座銀河(M33)やうずまき銀河(M51)に似た銀河の星間物質の物理的性質をシミュレーションした結果、この銀河の星間物質の物理的性質が、宇宙の初期において、どのように変化したかを明らかにしました。この結果は、SKAOの第一展開期において、すでに銀河を検出するのに十分な感度を持つサーベイが可能であることを示しています。
星形成の黄金期から星生成の減少期への移行は、まだ完全には解明されていません。星形成の燃料となる銀河内の冷たいガスの量が減少したことが、主な理由と考えられています。しかし、観測の結果、多くの銀河にはまだ星形成に十分な量のガスが蓄えられていることがわかりました。
赤方偏移は、そのままビッグバンからの距離や年齢に換算することができる。
この謎を解くために、将来的に建設が予定されている平方キロメートル波長帯望遠鏡(SKAO)の見通しを評価するため、天文学者は赤方偏移の異なる銀河の星間物質 (ISM) の物理過程をシミュレーションしています。星間物質は、主にガスとダストと呼ばれる微小な固体粒子から構成され、星と星の間の空間をさまざまな温度で覆っていることが知られています。
電波の連続放射の観測は、銀河のエネルギー過程を追跡するための強力な手段です。この放射は、主に高エネルギー粒子と磁場との相互作用によって発生します。SKAO は、様々な周波数の電波を深くかつ空間的に分解して観測することで、銀河の近傍や遠方におけるこれらの過程を明らかにすることができます。

<関連情報>

熱および非熱の電波連続放射のkpcスケールでの進化 – SKAの予測 Evolution of thermal and non-thermal radio continuum emission on kpc scales – predictions for SKA

M Ghasemi-Nodehi, Fatemeh S Tabatabaei, Mark Sargent, Eric J Murphy, Habib Khosroshahi, Rob Beswick, Anna Bonaldi, Eva Schinnerer
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  Published:23 May 2022
DOI:https://doi.org/10.1093/mnras/stac1393

ABSTRACT

Resolved maps of the thermal and non-thermal radio continuum (RC) emission of distant galaxies are a powerful tool for understanding the role of the interstellar medium (ISM) in the evolution of galaxies. We simulate the RC surface brightness of present-day star-forming galaxies in the past at 0.15 < z < 3, considering two cases of radio size evolution: (1) no evolution and (2) same evolution as in the optical. We aim to investigate the (a) structure of the thermal and non-thermal emission on kpc scales, (b) evolution of the thermal fraction and synchrotron spectrum at mid-radio frequencies (≃1–10 GHz), and (c) capability of the proposed SKA phase 1 MID-frequency (SKA1-MID) reference surveys in detecting the RC emitting structures. The synchrotron spectrum flattens with z causing curvature in the observed mid-radio SEDs of galaxies at higher z. The spectral index reported in recent observational studies agrees better with the no size evolution scenario. In this case, the mean thermal fraction observed at 1.4 GHz increases with redshift by more than 30 per cent from z = 0.15 to z = 2 because of the drop of the synchrotron emission at higher rest-frame frequencies. More massive galaxies have lower thermal fractions and experience a faster flattening of the non-thermal spectrum. The proposed SKA1-MID band 2 reference survey, unveils the ISM in M51- and NGC 6946-like galaxies (with M⋆≃1010M⁠) up to z = 3. This survey detects lower-mass galaxies like M33 (⁠M⋆≃109M⊙⁠) only at low redshifts z ≲ 0.5. For a proper separation of the RC emitting processes at the peak of star formation, it is vital to include band 1 into the SKA1-MID reference surveys.

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