銀河系内外のメーザーアストロメトリ

本間　希樹国立天文台　水沢 VERA 観測所

内容

• VERA の現状

• VERA 以外のアレイの現状

• VSOP －２へ向けての期待

VERA ： VLBI Expolration of Radio Astrometry

入来 水沢

小笠原石垣島

最長基線 : 2300 km

完成： 2002 年春観測： 2004 年～

４台の電波干渉計で銀河系の測量を行う

VERA の目標：銀河系測量

銀河系の中心まで 距離　 8 kpc　　 視差　 125 μ 秒角

銀河系の測量には、 10μ 秒角が測れる装置が必要

銀河系全域の直接測量は２１世紀のフロンティア

太陽系 天の川銀河の中心

銀河系の大きさ：　約 30 kpc

年周視差

銀河系測量の新時代• 銀河系規模の測量を目指したプロジェク

ト

GAIA 　（ヨーロッパ）2012 年打ち上げ

SIM 　（アメリカ）2015 年打ち上げ ?

JASMINE （日本）2018 年打ち上げ ?

目標はいずれも、銀河系の測量

VERA の利点：　早くから観測開始、電波

VERA の難点：　天体数が少ない .

高精度位置天文ミッション

name type band start year accuracy # of stars

SIM space opt ～ 201510 μas or

higher10^4

GAIA space opt ～ 2012 10 μas 10^9

JASMINE space IR 2018 ? 10 μas 10^8

VERA VLBI radio 2004 10 μas 10^3

VERA の利点：　早くから観測開始、電波VERA の難点：　天体数が少ない .

現在進めている研究• 銀河中心の距離と運動

• 銀河系回転と構造1 kpc ~ 10 kpc

• 近傍星形成領域、重要天体の距離較正

• ミラ型変光星の周期光度関係

銀河系中心観測

• Sgr A*固有運動は検出、ＶＬＢＡ(Reid et al.) と consistent視差は難しい（感度、低仰角）

• Sgr B銀河回転＋特異運動？(preliminary …)

S269 と銀河回転曲線• S269 の位置天文計測から、回転曲線に強い制

限

13 kpc までフラットな回転曲線を強く支持

No dark matter

S269

D ： 5.28 +/- 0.24 kpcHonma et al.(2007)

NGC 281 & Galactic Super bubbleNGC 281: Star-forming region on a super bubble

H2O maser located in NGC 281 west

Motions away from the Galactic plane (Sato et al. 2007)energy : 3 x 10^52 erg (multiple SNe)age : ~ 10 Myr

~20 km/s10 deg

Galactic Longitude

300

pcHII region

HD5005

近傍分子雲の観測Orion 分子雲など、近傍の重要天体の距離を計測ローカルアームの構造

Hirota et al. (2007), D = 437 +/- 19 pc

pi = 2.29 +/- 0.1 mas

オリオン分子雲

• GMR-A (VLBA 15 GHz)

389 +24/-21 pc

(Sandstrom et al. 2007)• 4 non-thermal radio sources

414+/-7 pc

(VLBA 8 GHz: Menten et al.

2007)• H2O maser in Orion KL

437+/-19 pc (VERA: Hirota et al.

2008)• SiO masers in Orion KL

– 419+/-6 pc (VERA: Kim et al.

2008, in preparation)

Orion distance measurements

Position of radio sourcesPosition of radio sources(Menten et al. 2007)(Menten et al. 2007)

Source ISource I

VY CMa• VY CMa: evolved massive star (M~15 M_sun)

Mass loss from VY CMa (Smith et al. 2001)

5”

Collocation of 3 maps at different frequencies (H2O, SiO v=1, 2)

Position in HR diagram(Choi et al. 2008)

ミラの PL 関係• SY Scl, T Lep, R UMa, S Crt （４天体）を利用

Mk = -3.62 LogP +1.57

（中川ら , 2008 ）

銀河系回転の回転曲線

V=170 km/s

R=7.91 kpc V=162 km/s

R=8.30 kpc

R UMa

SY Scl

R0 =8 kpc , V0 =200km/s

T Lep

V=155 km/s

R=8.32 kpcZ=-1.3 kpc

Z=0.38 kpc Z=-0.20 kpc

速度分散の大きい天体がゆっくり銀河回転するAsymmetric drift が見える

銀河系上の分布年周視差・固有運動が計測された星の分布

太陽系

S269

銀河系の模式図

Illustration courtesy: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech)

NGC 281

NGC 281

ρ ophS CrtOrion

NGC 1333

太陽付近の模式図

VY CMa

視差＋固有運動 固有運動のみ

Sgr A

OH43

W49NON2

T Lep

SY Scl

R UMaL1204

現状のまとめと将来展望• 年周視差、固有運動計測に 100pc ~ 5 kpc 以内の範囲で

成功• 年周視差が計測された天体が１０個を超えた• 観測が進んでいる天体は現在～８０個程度（解析が追

いついていない、マンパワーの問題）

最新の成果については、ＰＡＳＪの特集号参照（ 2008 年 10月号に１５編）

• 今後 ~ １５年で ~1000 天体を観測（ ~2020 年）一方、 GAIA のデータが出揃うのは ~2018 年

→ ~2020 年が一つの区切り。

VERA 以外のアレイ (VLBA, EVN, etc)

• 銀河系内メーザー (VLBA, EVN)

OH, H2O, CH3OH

• 銀河系外メーザー (VLBA, HSA)

M33, IC10, NGC4258, etc.

系内メーザーの位置天文観測• OH (AGB)

• CH3OH, H2O (SFR)

Vlemmings et al.(2007) Xu et al. (2007)

12 GHz Maser Parallaxes

• Current parallax results

• More in progress

CfA : ReidMPIfR: Menten,

BrunthalerArcetri: MoscadelliNanjing: Xu, Zheng

et al.

H2O maser astrometry with VLBA

VLBA を用いた観測でも日本人が活躍• UX Cyg Kurayama et al.(2005)• IRAS19134+2131 Imai et al. (2007)• IRAS05xxx Hachisuka et al.(2008)

他にρoph: Claussen, IRAS00420: Moellenblock

また、 Reid らのグループが H2O にも挑戦中

Mathanol Maser Astrometry with EVN

• 先週のＥＶＮシンポでの最新情報5 個程度の天体 (D<~2 kpc) で 6.7GHzメタノールメーザーの年周視差計測にＥＶＮが成功 (Rygl, Brunthaler et al.)

• 精度はあまり上がらず（近傍数 kpc にとどまっている）周波数が大きいのでビームが大きい？／電離層の効果？

• ＥＶＮ＋日本（ＶＥＲＡ＋山口＋ etc ）で基線長を拡大した観測の可能性を検討中（日欧とも前向き）

系外水メーザーの位置天文観測• M33 (rotation parallax, proper motion)

• IC 10 (proper motion)Brunthaler et al. 2005 / 2007

Local group では他にあまり天体がない、ＬＭＣくらいか ?

他のアレイの今後の動向• 銀河系内メーザー astrometry

VLBA legacy project の候補？EVN も成果が出始めた（日本と組んで精度向上を検討中）LBA もメタノールメーザー位置天文を検討中

• 系外メーザーは HSA が圧倒的近傍銀河の固有運動？水メーザー宇宙論（ rotational motion, N4258 の遠方版）

※ EVN シンポ情報： z=2.6 の重力レンズＱＳＯで H2O メーザーを発見。 Nature に出る予定。disk maser なら宇宙の幾何学を直接計ることが可能（感度勝負 : SKA+VSOP-2/3 ? ）

J0414+053

VSOP-2 でアストロメトリ！？

VSOP-2: beam size ~ 80 μas @ 22 GHz 　＋　位相補償

位相補償可能　＝＞　位相残差 1 radian 以内要求される衛星位置精度 ~6 cm （ 2-deg separation)

=> 期待される位置精度13 μas (~80 μas * 57/360)

VSOP-2 は超強力な位置天文観測装置でもある！！

VSOP-2 アストロメトリのターゲット

• Northern H2O masers with VSOP-2 + VERA

(for some sources that are particularly important, e.g. Sgr B)

• Southern H2O masers (which VERA, VLBA or EVN cannot observe) to explore the Galactic structure in the southern hemisphere

• Most challenging : astrometry of LMC/SMC (π~20 μas)

(requires orbit accuracy of ~1 cm)

VSOP-2 アストロメトリのターゲット II

• Proper motions of nearby galaxies will be also interesting

(maser / AGN)

• Needs a long term

monitor (~5 yr)

• Should be considered

for KSP

まとめ

• 世界的にみて、アストロメトリ観測は今やメーザー研究の一つの柱

• ＶＳＯＰ－２のこの分野での活躍も大いに期待される