活動銀河核トーラスの形成と中心核周辺の爆発的星形成活動との関連の研究

• Project/Area Number: 19J00892
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 16010:Astronomy-related
• Research Institution: Kagoshima University (2021); National Astronomical Observatory of Japan (2019-2020)
• Principal Investigator: 馬場 俊介 鹿児島大学, 理工学研究科, プロジェクト研究員
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 天文学 / 活動銀河核 / 爆発的星形成 / 超高光度赤外線銀河 / 合体銀河 / サブミリ波干渉計 / 近赤外線分光 / ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡

Outline of Research at the Start

初年度は、AGN中心核での分子ガス分布をALMAで観測し、近赤外線領域のCOガス吸収線がAGN中心核で生じているか議論する。また、JWST Cycle 1に向け、近傍AGN-星形成compositeでCOガス吸収線・CO氷吸収バンドを分光する観測提案を準備する。
次年度は、AGN-星形成compositeのCNDスケールでのガス運動をALMAで観測し、各半径での乱流の卓越度合いを調べる。
最終年度は、JWSTのデータを解析し、AGN中心核における分子ガスの柱密度と温度、CNDにおける星形成の活発さを調べる。そして、ALMAとJWSTの結果を比較して、トーラス形成と星形成の関連を議論する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、活動銀河核（AGN）とcircum nuclear disk（CND）での星形成の両者が活発なAGN-星形成compositeの性質の調査である。そのために、近傍のAGN-星形成compositeについて、アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（ALMA）でミリ波領域の一酸化炭素（CO）ガス純回転輝線を観測し、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）で近赤外線領域のCOガス振動回転吸収線・CO氷吸収バンドを観測することを予定していた。しかし、JWSTの打ち上げが大幅に延期された（2021年12月に実施）ことを受け、既存データを用いた研究を行った。
埋もれたAGNと活発な星形成を擁する後期合体銀河IRAS 17208-0014について、ALMAで観測したCOの純回転輝線・吸収線と一硫化炭素（CS）の純回転吸収線、そして赤外線天文衛星「あかり」で観測したCO振動回転吸収線をもとに、中心領域の構造を議論した。AGN位置で観測されたCO・CSの吸収線の強度は、その周囲においてCO輝線で観測されたのと同一のガスでは説明できず、中心核近傍に集中したガス分布があることを示唆した。一方、CO振動回転吸収線の強度も多量の高温ガスの存在を示しており、これは前述の集中ガス分布の内部にあると考えられる。IRAS 17208-0014以外の銀河での観測結果とも比べることで、CO振動回転吸収線がAGNが埋もれているほど高頻度に観測されることを見出し、この吸収線の存在が、成長段階AGN種族の特徴の1つであると提案した。CO・CSの純回転遷移が吸収線として検出されたという結果、そしてそれをCO振動回転遷移と比較するという研究は他に例が無く、非常にユニークな成果となっている。
今年度は上記の結果を1編の主著論文（査読有）として出版したほか、関連する研究について6編の共著論文（査読有）を出版した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ディエゴ・ポルタレス大学(チリ)
• [Int'l Joint Research] ベトナム国立大学(ベトナム)
• [Int'l Joint Research] チャルマース工科大学(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学ロサンゼルス校/ハワイ大学マノア校(米国)
• [Int'l Joint Research] Cosmic Dawn Center(デンマーク)
• [Int'l Joint Research]
• [Journal Article] The Extremely Buried Nucleus of IRAS 17208-0014 Observed at Submillimeter and Near-infrared Wavelengths (2022)
  • Author(s): Baba Shunsuke、Imanishi Masatoshi、Izumi Takuma、Kawamuro Taiki、Nguyen Dieu D.、Nakagawa Takao、Isobe Naoki、Onishi Shusuke、Matsumoto Kosei
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 928 Issue: 2 Pages: 184-184
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac57c2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ALMA Sub-arcsecond-resolution 183 GHz H2O and Dense Molecular Line Observations of Nearby Ultraluminous Infrared Galaxies (2022)
  • Author(s): Imanishi Masatoshi、Nakanishi Kouichiro、Izumi Takuma、Baba Shunsuke
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 926 Issue: 2 Pages: 159-159
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac3a68
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hard X-Ray Irradiation Potentially Drives Negative AGN Feedback by Altering Molecular Gas Properties (2021)
  • Author(s): Kawamuro Taiki、Ricci Claudio、Izumi Takuma、Imanishi Masatoshi、Baba Shunsuke、Nguyen Dieu D.、Onishi Kyoko
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Supplement Series Volume: 257 Issue: 2 Pages: 64-64
  • DOI: 10.3847/1538-4365/ac2891
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Anomalous Hydrogen Recombination Line Ratios in Ultraluminous Infrared Galaxies (2021)
  • Author(s): Yano Kenichi、Baba Shunsuke、Nakagawa Takao、Malkan Matthew A.、Isobe Naoki、Shirahata Mai、Doi Ryosuke、Bhalotia Vanshree
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 922 Issue: 2 Pages: 272-272
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac26be
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Study of the Inner Structure of the Molecular Torus in IRAS 08572+3915 NW with Velocity Decomposition of CO Rovibrational Absorption Lines* (2021)
  • Author(s): Onishi Shusuke、Nakagawa Takao、Baba Shunsuke、Matsumoto Kosei、Isobe Naoki、Shirahata Mai、Terada Hiroshi、Usuda Tomonori、Oyabu Shinki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 921 Issue: 2 Pages: 141-141
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac1c6d
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Circumnuclear Multi-phase Gas in Circinus Galaxy IV: Absorption Owing to High-J CO Rotational Transitions (2021)
  • Author(s): Uzuo Taisei、Wada Keiichi、Izumi Takuma、Baba Shunsuke、Matsumoto Kosei、Kudoh Yuki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 915 Issue: 2 Pages: 89-89
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac013d
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Subaru High-z Exploration of Low-luminosity Quasars (SHELLQs). XIII. Large-scale Feedback and Star Formation in a Low-luminosity Quasar at z = 7.07 on the Local Black Hole to Host Mass Relation (2021)
  • Author(s): Izumi T.、Matsuoka Y.、Fujimoto S.、Onoue M.、Strauss M.A.、Umehata H.、Imanishi M.、Kohno K.、Kawaguchi Toshihiro、Kawamuro T.、Baba S.、Nagao T.、Toba Y.、Inayoshi K.、Silverman J.D.、Inoue A.K.、Ikarashi S.、Iwasawa K.、Kashikawa N.、Hashimoto T.、Nakanishi K.、Ueda Y.、Schramm M.、Lee C.-H.、Suh H.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 914 Issue: 1 Pages: 36-36
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abf6dc
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 水素輝線強度比異常が示唆するULIRGの高密度星形成とJWST観測の展望 (2022)
  • Author(s): 馬場俊介、矢野健一、中川貴雄、磯部直樹、白旗麻衣、松本光生、大西崇介、道井亮介、Matthew A. Malkan、Vanshree Bhalotia
  • Organizer: 日本天文学会2022年春季年会
• [Presentation] Extremely Buried Nucleus of IRAS 17208－0014 Observed at Sub-Millimeter and Near-Infrared Wavelengths (2021)
  • Author(s): Baba, S., Imanishi, M., Izumi, T., Kawamuro, T., Nguyen, D. D., Nakagawa, T, Isobe, N., Onishi, S., Matsumoto, K.
  • Organizer: CON-quest workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 超高光度赤外線銀河IRAS 17208-0014の深く埋もれた中心核の構造 (2021)
  • Author(s): 馬場俊介, 今西昌俊, 泉拓磨, Dieu, D. Nguyen, 川室太希, 中川貴雄, 磯辺直樹, 大西崇介, 松本光生
  • Organizer: 日本天文学会2021年春季年会
• [Presentation] 高分散分光を用いたAGN近傍ガス観測の検討 (2021)
  • Author(s): 馬場俊介
  • Organizer: G-REX（+中間赤外線高分散分光）サイエンス検討会
  • Invited
• [Presentation] SMI高分散分光を用いたz~2 AGNトーラス領域の吸収線観測 (2020)
  • Author(s): 馬場俊介, SPICAサイエンス検討会
  • Organizer: 日本天文学会2020年春季年会
• [Presentation] Comparison between submillimeter and near-infrared observations of IRAS 17208-0014 (2020)
  • Author(s): Baba, S., Imanishi, M., Izumi, T., Kawamuro, T., Nguyen, D. D., Nakagawa, T., Isobe, N., Shirahata, M., Doi, R., Onishi, S., Matsumoto, K.
  • Organizer: East-Asian ALMA Science Workshop 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 超高光度赤外線銀河IRAS 17208-0014の「あかり」・ALMA観測の比較 (2019)
  • Author(s): 馬場俊介, 今西昌俊, 泉拓磨, 中川貴雄, 磯部直樹, 白旗麻衣, 道井亮介, 大西崇介
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会
• [Presentation] SPICA/SMI高分散分光によるz~2 AGN分子アウトフロー観測の可能性 (2019)
  • Author(s): 馬場俊介, 中川貴雄, 磯部直樹, 和田武彦, 松原英雄, 石原大助, 山岸光義, 金田英宏, 大薮進喜, 國生拓摩, 鈴木仁研
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会
• [Presentation] CO近赤外線吸収線によるトーラス観測：最近の成果 (2019)
  • Author(s): 馬場俊介
  • Organizer: 小研究会「AGN核周領域とその関連研究」
• [Presentation] Revealing molecular outflow in active galaxies with SPICA high-resolution spectroscopy (2019)
  • Author(s): Baba, S., Nakagawa, T., Isobe, N., Wada, T., Matsuhara, H., Kaneda, H., Ishihara, D., Oyabu, S., Kokusho, T.
  • Organizer: Exploring the Infrared Universe: The Promise of SPICA
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 超高光度赤外線銀河における特異に高密度な星形成領域