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Study of precise radial velocity measurements of stars orbiting around a supermassive black hole, to investigate space-time structure around the black hole

Research Project

Project/Area Number 15K13463
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Astronomy
Research InstitutionMiyagi University of Education

Principal Investigator

Nishiyama Shogo  宮城教育大学, 教育学部, 准教授 (20377948)

Research Collaborator NAGATOMO Schun  
GORIN Haruka  
TAKAHASHI Mizuki  
IWAMATSU Atsushi  
SAIDA Hiromi  
ZENKO Tetsuya  
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords天文学 / ブラックホール / 赤外線 / 分光 / 相対性理論 / 星 / ドップラー効果
Outline of Final Research Achievements

The purpose of this project is to study how to measure radial velocities of stars orbiting around the supermassive black hole at the center of our Galaxy. Observations of the orbiting stars allow us to investigate the detailed gravitational field around the black hole, and to detect relativistic effects from the black hole.
We have been studied observation and data analysis methods using the Subaru telescope. We have observed one of the orbiting stars every year during this project, using an infrared camera IRCS. It has become possible to measure the radial velocity of the star better than 20 km/s. The star had been frequently monitored in 2018, during its closest approach to the supermassive black hole, and we have succeeded to detect special and general relativistic effects from the supermassive black hole.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

最も重要な本研究の成果は、「巨大ブラックホールによる相対論効果を検出」し、「巨大ブラックホール近傍の強い重力場を記述する重力理論として、一般相対性理論が、ニュートンの重力理論よりも正しいことを定量的に示した」点にある。ブラックホールを周回する星を観測することで、強い重力場の中を動く質点の運動を調べることが可能となった。という、このような重力場は、地球上では再現できない。そのような強い重力場の実験場で、ニュートンの重力理論では説明のできない現象を観測した。その結果、ブラックホール周囲の時空は、ニュートンの重力理論ではなく一般相対性理論によって記述されることが明らかになった。

Report

(5 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • 2015 Research-status Report
  • Research Products

    (62 results)

All 2019 2018 2017 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (48 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 6 results)

  • [Int'l Joint Research] IAA-CSIC/Centro de Astrobiologia(スペイン)

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    • Journal Title

      Space Science Reviews

      Volume: 214 Issue: 4

    • DOI

      10.1007/s11214-018-0506-5

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    • Journal Title

      Proceedings of the SPIE

      Volume: 10702 Pages: 11-18

    • DOI

      10.1117/12.2311836

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    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 70 Issue: 4

    • DOI

      10.1093/pasj/psy067

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      Volume: 620 Pages: A83-A83

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      Volume: 852 Issue: 1 Pages: 63-63

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      Volume: 610 Pages: A83-A83

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      The Astrophysical Journal

      Volume: 850 Issue: 2 Pages: 195-195

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      10.3847/1538-4357/aa917e

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      Matsunaga, N., Feast, M. W., Bono, G., Kobayashi, N., Inno, L., Nagayama, T., Nishiyama, S., Matsuoka, Y., and Nagata, T.
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      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 462 Issue: 1 Pages: 414-420

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      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 461 Issue: 2 Pages: 1529-1538

    • DOI

      10.1093/mnras/stw1396

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      Volume: 588 Pages: A49-A49

    • DOI

      10.1051/0004-6361/201322392

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      Astronomy & Astrophysics

      Volume: 580 Pages: A11-A11

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      10.1051/0004-6361/201425077

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      Shogo Nishiyama
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    • Place of Presentation
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      日本天文学会春季年会
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    • Organizer
      日本天文学会春季年会
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      九州大学, 福岡県福岡市
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    • Year and Date
      2016-12-09
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 銀河系中心領域に存在するyoung, intermediate-age stars の起源の探査2016

    • Author(s)
      岩松篤史、板由房、西山正吾
    • Organizer
      日本天文学会秋季年会
    • Place of Presentation
      愛媛大学, 愛媛県松山市
    • Year and Date
      2016-09-14
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] すばるIRDによるM型矮星周りの地球型惑星探索 III: 事前観測2016

    • Author(s)
      大宮正士、佐藤文衛、平野照幸、葛原昌幸、小谷隆行、青木和光、中島紀、福井暁彦、原川紘季、成田憲保、田村元秀、比田井昌英、西山正吾、IRD チーム
    • Organizer
      日本天文学会秋季年会
    • Place of Presentation
      愛媛大学, 愛媛県松山市
    • Year and Date
      2016-09-14
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 赤外線暗黒星雲 “ネッシー” 星雲の近赤外線偏光観測2016

    • Author(s)
      杉谷光司、楠根貴成、中村文隆、西山正吾、SIRPOL チーム
    • Organizer
      日本天文学会秋季年会
    • Place of Presentation
      愛媛大学, 愛媛県松山市
    • Year and Date
      2016-09-14
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] Astrometry and Narrow-band Imaging of the Galactic Center with ULTIMATE-Subaru2016

    • Author(s)
      Shogo Nishiyama
    • Organizer
      ULTIMATE-Subaru Science Workshop 2016
    • Place of Presentation
      国立天文台三鷹キャンパス, 東京都三鷹市
    • Year and Date
      2016-06-16
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Interstellar Extinction Laws from Optical to Infrared Wavelengths in the Galaxy2016

    • Author(s)
      Shogo Nishiyama
    • Organizer
      Astronomical Distance Determination in the Space Age
    • Place of Presentation
      International Space Science Institute Beijing, China
    • Year and Date
      2016-05-23
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 銀河系の巨大ブラックホールを周回する星S2の視線速度モニター計画2016

    • Author(s)
      西山正吾、長田哲也、長友竣、田村元秀、高橋真聡、斉田浩見、孝森洋介
    • Organizer
      日本天文学会春季年会
    • Place of Presentation
      首都大学東京(東京都八王子市)
    • Year and Date
      2016-03-14
    • Related Report
      2015 Research-status Report
  • [Presentation] ミラ型変光星を用いた銀河系中心の磁場構造の解析2016

    • Author(s)
      善光哲哉、栗田光樹夫、木野勝、長友竣、長田哲也、松永典之、西山正吾
    • Organizer
      日本天文学会春季年会
    • Place of Presentation
      首都大学東京(東京都八王子市)
    • Year and Date
      2016-03-14
    • Related Report
      2015 Research-status Report
  • [Presentation] 地球型惑星検出のためのすばる赤外線ドップラー分光器 IRD の開発: 112016

    • Author(s)
      小谷隆行、周藤浩士、西川淳、成田憲保、大宮正士、神戸栄治、森野潤一、寺田宏、小久保英一郎、鈴木竜二、工藤智幸、日下部展彦、原川紘季、林正彦、福井暁彦、權靜美、田村元秀、青木和光、西山正吾、他
    • Organizer
      日本天文学会春季年会
    • Place of Presentation
      首都大学東京(東京都八王子市)
    • Year and Date
      2016-03-14
    • Related Report
      2015 Research-status Report
  • [Presentation] Sgr A*近傍の星の観測とSMBH2016

    • Author(s)
      西山正吾
    • Organizer
      ブラックホール地平面勉強会
    • Place of Presentation
      宇宙科学研究所相模原キャンパス, 神奈川県相模原市
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] RV observation of S2 and mass of SMBH2016

    • Author(s)
      西山正吾
    • Organizer
      ブラックホール地平面勉強会
    • Place of Presentation
      名古屋大学, 愛知県名古屋市
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] RV observation of S2 and GR effects from SMBH2016

    • Author(s)
      西山正吾、斉田浩見
    • Organizer
      ブラックホール地平面勉強会
    • Place of Presentation
      宇宙科学研究所相模原キャンパス, 神奈川県相模原市
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] IRDによるBH近傍の相対論効果の検出と微細構造定数2015

    • Author(s)
      西山正吾
    • Organizer
      近赤外高分散分光研究会:地球型惑星探索と広がるサイエンス
    • Place of Presentation
      国立天文台三鷹キャンパス(東京都三鷹市)
    • Year and Date
      2015-11-24
    • Related Report
      2015 Research-status Report
  • [Presentation] 近赤外線観測による銀河系中心領域の磁場構造とブラックホール近傍の研究2015

    • Author(s)
      西山正吾
    • Organizer
      東北大学天文学教室談話会
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2015-10-05
    • Related Report
      2015 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 地球型惑星検出のためのすばる赤外線ドップラー分光器 IRDの開発: 102015

    • Author(s)
      小谷隆行、周藤浩士、大宮正士、神戸栄治、森野潤一、寺田宏、小久保英一郎、鈴木竜二、成田憲保、工藤智幸、日下部展彦、原川紘季、林正彦、福井暁彦、權靜美、Oliver Guyon、田村元秀、西川淳、青木和光、西山正吾、他
    • Organizer
      日本天文学会秋季年会
    • Place of Presentation
      甲南大学(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2015-09-09
    • Related Report
      2015 Research-status Report
  • [Presentation] IRSF/SIRIUSとすばる望遠鏡を用いた銀河系中心領域の近赤外線観測2015

    • Author(s)
      西山正吾
    • Organizer
      国立天文台談話会
    • Place of Presentation
      国立天文台三鷹キャンパス(東京都三鷹市)
    • Year and Date
      2015-09-04
    • Related Report
      2015 Research-status Report
    • Invited

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Published: 2015-04-16   Modified: 2020-03-30  

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