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gacco: ga207 Galactic Archaeology ～Probing galactic past from ancient stars～

Galactic Archaeology ～Probing galactic past from ancient stars～


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  • 講座番号:ga207
  • 受講開始日:2026年10月21日 15時
  • 想定される勉強時間/週:2,3時間程度

Course Outline

In this lecture, we will learn the basic concepts of Galactic Archaeology for understanding galaxy formation and dark matter.

Course Content

"Galactic archaeology" is a research field of astronomy that traces the formation and evolution of galaxies based on the properties of their resolved stars. In particular, the ancient stellar components of galaxies hold important fossil records for understanding their past histories. One of these is the spatial distribution and spatial motion of stellar systems, which are a certain amount of preserved information that reflects how galaxies were formed through contraction and merging processes. The other is the number of metals and detailed chemical composition of stellar atmospheres, which are also preserved information that reflects how stars were formed and their chemical evolution progressed. In this course, we will learn how galaxies, as collections of stars, have formed and evolved based on information from fossil stars.


Week1：Basics of Galactic Archaeology

In the first week, you will learn the basic concepts of Galactic Archaeology for understanding galaxy formation and evolution through resolved stars.

  • Introduction to Galactic Archaeology
  • Stars in a color-magnitude diagram
  • Stellar population and evolution
  • Origin of heavy elements
  • Metal-poor stars and Galactic chemical evolution
  • Galaxy as an ensemble of orbits
  • Kinematics of stars in the Galaxy
  • Statistical description of stars
  • Basic equations of stellar dynamics

Week2：Formation and Evolution of the Galaxy

The second week covers the formation process of our Galaxy based on the chemodynamical analysis of ancient stars.

  • Overview of galaxy formation
  • Old stellar components in the Galaxy: bulge and disk
  • Old stellar components in the Galaxy: stellar halo
  • Classical picture of Galaxy formation
  • Formation of the Galaxy: after Hipparcos
  • Formation of the Galaxy: after Gaia (1)
  • Formation of the Galaxy: after Gaia (2)
  • Formation of the thick disk
  • Formation and evolution of the thin disk

Week3：Galaxy formation in the Local Group and beyond

In the third week, you will learn the formation of other galaxies in the Local Group and beyond.

  • Galaxies in the Local Group
  • New aspects of the Large Magellanic Cloud
  • Formation and evolution of Milky Way’s satellites (1)
  • Formation and evolution of Milky Way’s satellites (2)
  • Stellar halo in the Andromeda Galaxy
  • Observational project of the Andromeda Galaxy
  • Stellar halos in galaxies outside the Local Group
  • High redshift galaxies
  • Unsolved issues in the high redshift universe

Week4：Dark matter on galaxy scales

The fourth week covers dark matter that dominates the dynamics of galaxies and the attempt to infer its nature.

  • Evidence for dark matter
  • Nature of Dark matter (1) Compact objects
  • Nature of Dark matter (2) Cold Dark Matter
  • Small-scale problems in Cold Dark Matter
  • Alternative dark matter models
  • Limits on dark matter substructures
  • Search for new Milky Way satellites
  • Dark matter in dwarf spheroidal galaxies
  • Future prospects

Lecturer

Masashi Chiba

Masashi Chiba

Professor, Graduate School of Science, Tohoku University (since 2003), Born in Hirosaki (Aomori Prefecture), Assistant professor at Tohoku University, Humboldt fellow at Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Associate professor at National Astronomical Observatory of Japan.
Main research fields: galactic astronomy and observational cosmology.

Author's Works

Prerequisite

This course is equivalent to a graduate course (language: English).
There are no restrictions on enrollment, and anyone is welcome to attend.
However, students are expected to research and learn on their own if they do not understand something or if they lack knowledge.

Assignments

Comprehension Quiz
Final Assignment

Course Requirements

Score 60% or more

Upon successful completion of the course, participants will receive Tohoku University's original certificate of completion and an open badge*.
After the closing date of the course, you will receive an Open Badge notice to your registered e-mail address. Please follow the instructions provided to set up your badge.
For details, please refer to the Open Badge Issuance Notice.
Please note that open badges cannot be issued to those who have cancelled their courses or unsubscribed from our e-mail list.

*What is an Open Badge?
A digital certificate of international technical standards that certifies acquired knowledge and skills.
It incorporates blockchain technology, and unlike paper-based certificates of completion, it cannot be tampered with or forged and is expected to be used in a variety of situations, such as digital resumes and publication on social networking sites.

Learning Period

4 weeks

References


Recording Year：2025



About the Series of Tohoku University MOOC

Tohoku University is offering the following three series on JMOOC.
New courses will be added in the future.
We also plan to re-launch existing courses as needed, so please feel free to join other courses as well.


Tohoku University Science Series (language: Japanese)

1. Mystery of Aurora
2. Action oriented Research on Disaster Science
3. Introduction to Galactic Archaeology ~Galaxy Formation and Evolution~
4. Introduction to Evolutionary Developmental Biology ~How Dinosaurs Evolved into Birds~
5. Introduction to Radiation Safety ~Risk Assessment for Our Life and Society~
6. Anesthesia and Pain
7. Introduction to Human Brain Science
8. Cryptology Today - An Introduction to Modern Cryptography
9. The Science of Marine Toxins
10.Earthquakes and Faults: Understanding Japan’s Seismic Islands
11. Introduction to Semiconductors: Technology Shaping the Future

Tohoku University Liberal Arts Series (language: Japanese)

1. memento mori
2. Cultural History of Men and Women
3. Family and the Civil Code
4. AI in Society: Prospects of Artificial Intelligence Technology and Human Society
5. Psychology of Cosmetic Behavior
6. Psychology of Self-understanding
7. The Spectacle of Still Life
Viewers, Materiality, and Transgression: Rembrandt and Vermeer in Focus

Tohoku University Advanced Learning Series (language: English)

1. SHOKU-gaku
2. Galactic Archaeology ～Probing galactic past from ancient stars～

講座内容

「銀河考古学」とは、銀河をその骨格である恒星に分離し、個々の恒星の性質に基づいて銀河の形成進化を追跡する学問体系です。特に銀河の古い恒星系成分は、銀河の過去を知るための重要な化石情報を持っています。そのひとつは恒星系の空間分布と空間運動で、銀河がどのように収縮・合体過程を経て形成されてきたかを反映した一定の保存情報です。もうひとつは恒星の大気が持つ金属量や詳しい化学組成で、どのようにして星が形成され化学進化が進んできたかを反映した保存情報です。本講座では、このような恒星の化石情報に基づいて、その集合体としての銀河がどのように形成され進化してきたかを学びます。


Week1：銀河考古学の基礎

第１週では、銀河考古学の基礎、すなわち分離された恒星に基づく銀河形成と進化の基礎事項を学びます。

  • 銀河考古学入門
  • 色等級図における星
  • 恒星の種族と進化
  • 重元素の起源
  • 金属の少ない星と銀河の化学進化
  • 軌道の集合体としての銀河
  • 銀河における星の運動学
  • 恒星系の統計的記述
  • 恒星系力学の基本方程式

Week2：銀河系の形成と進化

第2週では、古い恒星系の化学動力学解析に基づく銀河系の形成過程を学びます。

  • 銀河形成の概要
  • 銀河系の古い恒星系成分：バルジと円盤
  • 銀河系の古恒星系成分：恒星ハロー
  • 銀河形成の古典的な描像
  • 銀河系の形成：ヒッパルコス以降
  • 銀河系の形成：ガイア以降（1）
  • 銀河系の形成：ガイア以降（2）
  • 厚い円盤の形成
  • 薄い円盤の形成と進化

Week3：局所銀河群とより遠方における銀河形成

第３週では、その他の局所銀河群銀河ならびにさらに遠方の銀河の形成を学びます。

  • 局所銀河群の銀河
  • 大マゼラン雲の新たな側面
  • 天の川銀河の衛星銀河の形成と進化（1）
  • 天の川銀河の衛星銀河の形成と進化（2）
  • アンドロメダ銀河の恒星ハロー
  • アンドロメダ銀河の観測プロジェクト
  • 局所銀河群外の銀河の恒星ハロー
  • 高赤方偏移銀河
  • 高赤方偏移宇宙の未解決問題

Week4：銀河スケールにおけるダークマター（暗黒物質）

第４週では、銀河のダイナミクスを支配するダークマター、さらにその正体に迫ります。

  • 暗黒物質の証拠
  • 暗黒物質の性質（1）コンパクト天体
  • 暗黒物質の性質（2）冷たい暗黒物質
  • 冷たい暗黒物質の小スケール問題
  • 他の暗黒物質モデル
  • 暗黒物質サブストラクチャーの制限
  • 新しい銀河系衛星銀河の探索
  • 矮小楕円体銀河の暗黒物質
  • 将来の展望

講師・スタッフ紹介

千葉 柾司（ちば まさし）

千葉柾司（ちば まさし）

東北大学大学院理学研究科・教授
青森県弘前市出身，東北大学理学部助手，フンボルト財団研究員（マックス・プランク研究所），国立天文台助教授を経て，2003年より現職。
国立天文台助教授を経て，2003年より現職。
主な研究分野は銀河天文学，観測的宇宙論。

主な著書

前提条件

本講座は、大学院講義相当の講座です（使用言語：英語）。 受講に対する制限はなく、どなたでも受講可能ですが、 わからないことや不足する知識等は自ら調べ学ぶことが必要です。

課題内容

理解度確認クイズ
最終課題

修了条件

得点率60％以上

修了条件を満たした方には、東北大学オリジナルの修了証とオープンバッジ（※）が発行されます。
閉講日以降、登録メールアドレス宛にオープンバッジの案内が届きますので、記載された手順に沿って設定を行ってください。
詳しくは、オープンバッジ発行のお知らせをご確認ください。
受講解除者、メール配信停止者にはオープンバッジの案内ができませんのでご注意ください。

※オープンバッジとは
取得した知識やスキルを証明する国際技術標準規格のデジタル証明書。
ブロックチェーン技術を取り入れており、紙媒体の修了証と異なり改ざんや偽造が不可能で、デジタル履歴書やSNSでの公開など、様々な場面での活用が期待されます。

学習期間

4週間


講義動画収録時期：2025年



東北大学MOOCのシリーズについて

東北大学では、JMOOCにて下記の３シリーズを展開しております。
今後も新規開講講座が追加されます。
また、再開講も随時行っていく予定ですので、ぜひ他講座にもご参加ください。


東北大学サイエンスシリーズ

・第1弾 解明：オーロラの謎
・第2弾 東日本大震災の教訓を活かした実践的防災学へのアプローチ ー災害科学の役割
・第3弾 銀河考古学入門～銀河の形成と進化を辿る～
・第4弾 進化発生学入門－恐竜が鳥に進化した仕組み－
・第5弾 放射線安全社会入門～リスクの知見を暮らしに～
・第6弾 痛みと麻酔科学
・第7弾 人間脳科学入門
・第8弾 暗号学の現在―現代暗号入門
・第9弾 海産毒の科学
・第10弾 地震と断層の科学〜日本列島の地震活動を知る
・第11弾 半導体入門～未来を創るテクノロジー～

東北大学で学ぶ高度教養シリーズ

・第1弾 memento mori -死を想え-
・第2弾 男と女の文化史
・第3弾 家族と民法
・第4弾 社会の中のAI～人工知能の技術と人間社会の未来展望～
・第5弾 化粧で学ぶ心理学
・第6弾 自己理解の心理学
・第7弾 静物画のスペクタクル ――レンブラントとフェルメールを中心に
　「鑑賞者・物質性・脱領域」を考える

東北大学アドバンストシリーズ

・第1弾 SHOKU-gaku－食学－
・第2弾 Galactic Archaeology ～Probing galactic past from ancient stars～

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  • 講座番号:ga207
  • 受講開始日:2026年10月21日 15時
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