銀河形成期における超巨大ブラックホール成長の理論的研究で迫る共進化の起源

• Project/Area Number: 19K03918
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 16010:Astronomy-related
• Research Institution: National Institute of Technology (KOSEN), Kure College
• Principal Investigator: 川勝 望 呉工業高等専門学校, 自然科学系分野, 教授 (30450183)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 理論天文学 / 超巨大ブラックホール / 銀河 / 共進化

Outline of Research at the Start

銀河から銀河核ガス円盤、さらにはブラックホールまでのガス降着過程を整合的に結びつけることで、超巨大ブラックホール形成・進化に対する新しい知見を与える。具体的には、(a)ブラックホール成長率と銀河核ガス円盤の物理状態との関係を調べることで、ブラックホールへのガス降着率を決定している主要因を制限する、(b) ブラックホール起源の膨大な輻射が本当にブラックホール成長を抑制する効果として働くのか、ブラックホール成長率と銀河核ガス円盤からのアウトフロー率の関係を系統的に調べることで明らかにする、(c) 銀河核ガス円盤の幾何学的構造とブラックホール成長率の関係を調べ、対応天体の特徴を予言することである。

Outline of Annual Research Achievements

近年の高精度観測装置によって、銀河中心には太陽質量の100万倍から10億倍もの超巨大ブラックホール(SMBH)が普遍的に存在し、その質量は銀河バルジの質量に比例することが明らかになってきた。しかしながら、その形成メカニズムは未だ謎に包まれており、天文学における最重要テーマの1つである。この問題を解決するために、銀河からのガス供給により形成される数10パーセクの銀河核ガス円盤(CND)を介して、銀河からブラックホールまで6桁ものダイナミックスレンジに渡るガス降着過程と、ブラックホール近傍からの輻射やWindによるフィードバック効果を整合的に考慮した理論モデル「多階層連結モデル」の構築が必要である。近年、銀河団中心の巨大楕円銀河で大量の分子ガス銀河団中心での AGN feedback に果たしている役割について調べるために、新たに準解析的モデルを構築した。計算の結果、核周円盤はその質量の変化により安定と不安定の状態を行き来する一方、ブラックホールへの降着率を長期的には一定に保つという調整弁の役割を果たしていることがわかった(Fujita, Kawakatu, Nagai 2022)。 近年、サブパーセク領域に注目すると、AGNから輻射によりWindが吹き、低光度AGNのときのみ、極方向へガスが巻き上げられることが分かった。このことは、Windがサブパーセクスケールでの遮蔽だけでなく、ジェット収束にも寄与する可能性があることを示唆するものである（Kawakatu et al. 投稿準備中）。加えて、AGN起源で吹き飛ばされたガス雲により、パーセクスケールのAGNジェットの伝搬が一時的に阻害されることも明らかになった(Kino, Niinuma, Kawakatu, et al. 2023)。これらの成果から、超巨大ブラックホールの周辺領域は従来の予想よりも複雑な現象が起こっていることことが示唆される。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

銀河団中心の銀河のAGNフィードバックのモデル、ジェットとWindとの相互作用に関する理論モデルの構築、および関連する観測研究が順調に進んでいるため。

Strategy for Future Research Activity

活動銀河核（AGN）に付随する相対論的ジェットの形成・進化、およびジェットが周辺ガスへ与えるフィードバック過程を理解するために、近傍電波銀河3C84，NGC1052，NGC4261に焦点を当てて、理論モデルと観測との詳細観測を行う。加えて、パーセクスケールのミニコクーンの力学からジェットのパワーや組成についての調査も新たに進めることで、AGNフィードバックに関する知見を得る。

Research Products

• [Int'l Joint Research] INAF-Istituto di Radioastronomia(イタリア)
• [Int'l Joint Research] Harvard & Smithsonian(米国)
• [Journal Article] Probing the Jet?Torus Interaction in the Radio Galaxy NGC 1052 by Sulfur-bearing Molecules (2023)
  • Author(s): Kameno Seiji、Sawada-Satoh Satoko、Impellizzeri C. M. Violette、Kohno Kotaro、Mart?n Sergio、Espada Daniel、Nakai Naomasa、Sugai Hajime、Terashima Yuichi、Lee Minju M.、Kawakatu Nozomu
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 944 Issue: 2 Pages: 156-156
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acb499
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Wide and Deep Exploration of Radio Galaxies with Subaru HSC (WERGS). VII. Redshift Evolution of Radio Galaxy Environments at z = 0.3?1.4 (2022)
  • Author(s): Uchiyama Hisakazu、Yamashita Takuji、Nagao Tohru、Ichikawa Kohei、Toba Yoshiki、Ishikawa Shogo、Kubo Mariko、Kajisawa Masaru、Kawaguchi Toshihiro、Kawakatu Nozomu、Lee Chien-Hsiu、Noboriguchi Akatoki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 934 Issue: 1 Pages: 68-68
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac77ee
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Wide and Deep Exploration of Radio Galaxies with Subaru HSC (WERGS). IX. The most overdense region at <i>z</i> ? 5 inhabited by a massive radio galaxy (2022)
  • Author(s): Uchiyama Hisakazu、Yamashita Takuji、Nagao Tohru、Ono Yoshiaki、Toshikawa Jun、Ichikawa Kohei、Kawakatu Nozomu、Kajisawa Masaru、Toba Yoshiki、Matsuoka Yoshiki、Kubo Mariko、Imanishi Masatoshi、Ito Kei、Kawaguchi Toshihiro、Lee Chien-Hsiu、Saito Tomoki
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 74 Issue: 6 Pages: 27-32
  • DOI: 10.1093/pasj/psac075
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Wide and Deep Exploration of Radio Galaxies with Subaru HSC (WERGS). VI. Distant Filamentary Structures Pointed Out by High-z Radio Galaxies at z ? 4 (2022)
  • Author(s): Uchiyama Hisakazu、Yamashita Takuji、Toshikawa Jun、Kashikawa Nobunari、Ichikawa Kohei、Kubo Mariko、Ito Kei、Kawakatu Nozomu、Nagao Tohru、Toba Yoshiki、Ono Yoshiaki、Harikane Yuichi、Imanishi Masatoshi、Kajisawa Masaru、Lee Chien-Hsiu、Liang Yongming
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 926 Issue: 1 Pages: 76-76
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac441c
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Massive Molecular Gas as a Fuel Tank for Active Galactic Nuclei Feedback in Central Cluster Galaxies (2022)
  • Author(s): Yutaka Fujita, Nozomu Kawakatu Nozomu, and Hiroshi Nagai
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 924 Issue: 1 Pages: 24-24
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac31a6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Morphological Transition of the Compact Radio Lobe in 3C 84 via the Strong Jet-Cloud Collision (2021)
  • Author(s): Kino Motoki、Niinuma Kotaro、Kawakatu Nozomu、Nagai Hiroshi、Giovannini Gabriele、Orienti Monica、Wajima Kiyoaki、D’Ammando Filippo、Hada Kazuhiro、Giroletti Marcello、Gurwell Mark
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 920 Issue: 1 Pages: L24-L24
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac24fa
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Diffuse Synchrotron Emission Associated with the Starburst in the Circumnuclear Disk of NGC 1275 (2021)
  • Author(s): Nagai H.、Kawakatu N.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 914 Issue: 1 Pages: L11-L11
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac03ba
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Constraints on the Circumnuclear Disk through Free-Free Absorption in the Nucleus of 3C 84 with KaVA and KVN at 43 and 86 GHz (2020)
  • Author(s): Wajima, Kiyoaki; Kino, Motoki; Kawakatu, Nozomu
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 895 Issue: 1 Pages: 35-35
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab88a0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The radio-loud narrow-line Seyfert 1 galaxy 1H 0323+342 in a galaxy merger (2020)
  • Author(s): Doi, Akihiro; Kino, Motoki; Kawakatu, Nozomu; Hada, Kazuhiro
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 496 Issue: 2 Pages: 1757-1765
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1525
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ALMA 0"02 Resolution Observations Reveal HCN-abundance-enhanced Counter-rotating and Outflowing Dense Molecular Gas at the NGC 1068 Nucleus Imanishi, Masat (2020)
  • Author(s): Imanishi, Masatoshi; Nguyen, Dieu D.; Wada, Keiichi; Hagiwara, Yoshiaki; Iguchi, Satoru; Izumi, Takuma; Kawakatu, Nozomu; Nakanishi, Kouichiro; Onishi, Kyok
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 902 Issue: 2 Pages: 99-143
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abaf50
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nature of inflows and outflows in AGNs (2020)
  • Author(s): Wada, Keiichi; Kudoh, Yuki; Yutani, Naomichi; Kawakatu, Nozomu
  • Journal Title: Galaxy Evolution and Feedback across Different Environments. Proceedings of the International Astronomical Union Volume: 359 Issue: S359 Pages: 297-306
  • DOI: 10.1017/s1743921320004251
  • Open Access
• [Journal Article] Flip of the jet head position of 3C 84 in 2015 (2020)
  • Author(s): Kino M.、Nagai H.、Wajima K.、Kawakatu N.、Orienti M.、Giovannini G.、Hada K.、Niinuma K.、Giroletti M.
  • Journal Title: Proceedings of the International Astronomical Union Volume: 14 Issue: S342 Pages: 227-228
  • DOI: 10.1017/s1743921318006075
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] Obscuring Fraction of Active Galactic Nuclei Implied by Supernova and Radiative Feedbacks (2020)
  • Author(s): Kawakatu Nozomu、Wada Keiichi、Ichikawa Kohei
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 889 Issue: 2 Pages: 84-84
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab5f60
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Radio jet structures at ?100?parsec and larger scales of the γ-ray-emitting narrow-line Seyfert 1 galaxy PMN J0948+0022 (2019)
  • Author(s): Doi Akihiro、Nakahara Satomi、Nakamura Masanori、Kino Motoki、Kawakatu Nozomu、Nagai Hiroshi
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 487 Issue: 1 Pages: 640-649
  • DOI: 10.1093/mnras/stz1290
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The ALMA Discovery of the Rotating Disk and Fast Outflow of Cold Molecular Gas in NGC 1275 (2019)
  • Author(s): Nagai H.、Onishi K.、Kawakatu N.、Fujita Y.、Kino M.、Fukazawa Y.、Lim J.、Forman W.、Vrtilek J.、Nakanishi K.、Noda H.、Asada K.、Wajima K.、Ohyama Y.、David L.、Daikuhara K.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 883 Issue: 2 Pages: 193-193
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab3e6e
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] コクーン膨張力学から探る3C84 ミニジェットのパワーとプラズマ組成 (2022)
  • Author(s): 川勝望（呉高専）, 紀基樹（工学院大学/国立天文台）
  • Organizer: 日本天文学会2022年秋季年会
• [Presentation] 工藤祐己, 和田桂一(鹿児島大), 野村真理子, 川勝望(呉高専) (2022)
  • Author(s): 超高速アウトフローの時間変動と周辺環境への影響
  • Organizer: 日本天文学会2022年秋季年会
• [Presentation] 永井洋(国立天文台), 川勝望(呉高専), 大西響子(Chalmers University), 土居明広(JAXA), 泉拓磨(都 立大), 紀基樹(工学院大), 磯部直樹(JAXA), 中西康一郎(国立天文台), 笹田真人(東工大)、Monica Orienti（IRA） (2022)
  • Author(s): 2 型セイファート銀河NGC 5506 におけるAGN アウトフローからの非熱的放 射の検出
  • Organizer: 日本天文学会2022年秋季年会
• [Presentation] 内山久和(愛媛大), 山下拓時(国立天文台), 長尾透, 鍛冶澤賢, 松岡良樹, 久保真理子(愛媛大), 小野宜昭(宇宙線研), 利川潤(Bath Univ.), 市川幸平(東北大), 川勝望(呉高専), 鳥羽儀樹, 今西 昌俊(国立天文台), 伊藤慧(東京大), 川口俊宏(尾道市立大), Chien-Hsiu Lee (NOIRLab), 斎藤智 樹(兵庫県立大) (2022)
  • Author(s): A Wide and Deep Exploration of Radio Galaxies with Subaru HSC (WERGS): z = 4.72 の電波銀河周辺環境
  • Organizer: 日本天文学会2022年秋季年会
• [Presentation] 冷たいガスを軸とした銀河団中心銀河での AGN feedback (2022)
  • Author(s): 藤田裕（東京都立大学），川勝望（呉工業高等専門学校），永井洋（国立天文台）
  • Organizer: 日本天文学会2022年春季年会
• [Presentation] A Wide and Deep Exploration of Radio Galaxies with Subaru HSC (WERGS): z = 0.3 － 1.4 の電波銀河周辺環境の統計的理解 (2022)
  • Author(s): 内山 久和 (愛媛大), 山下 拓時 (国立天文台), 長尾 透, 久保 真理子, 鍛冶澤 賢 (愛媛大), 市川 幸平, 登口 暁 (東北大), 鳥羽 儀樹 (京都大), 石川 将吾 (国立天文台), 川口 俊宏 (尾道大), 川勝 望 (呉高 専), Chien-Hsiu Lee (NOIRLab), and WERGS members
  • Organizer: 日本天文学会2022年春季年会
• [Presentation] ダスト昇華半径周辺における輻射駆動アウトフロー (2021)
  • Author(s): 工藤祐己, 和田桂一 (鹿児島大), 川勝望, 野村真理子 (呉高専)
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会
• [Presentation] NGC 1275 核周円盤における超新星爆発起源の電波放射の発見 (2021)
  • Author(s): 永井 洋（国立天文台）、川勝 望（呉高専）
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会
• [Presentation] ジェット・ガス雲衝突で誘発された 3C84 電波ローブの FR II/FR I 遷移 (2021)
  • Author(s): 基樹 (工学院大学/国立天文台), 新沼浩太郎 (山口大学), 川勝望 (呉高専), 永井洋 (国立天文台), G. Giovannini, M. Orienti (INAF), 輪島清昭 (KASI), F. D’Ammando (INAF), 秦和弘 (国立天文台), M. Giroletti (INAF), M. Gurwell (CfA)
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会
• [Presentation] 多階層連結AGNモデルとngVLAで探る超巨大ブラックホールの形成・進化 (2021)
  • Author(s): 川勝望（呉高専),和田桂一（鹿児島大),工藤祐己(鹿児島大),市川 幸平（東北大）,紀基樹(工学院大/国立天文台),澤田-佐藤聡子(山口大学),永井洋（国立天文台),土居明広(宇宙研)
  • Organizer: 日本天文学会2021年春季年会
• [Presentation] Obscuring Fraction of Active Galactic Nuclei Implied by Supernova and Radiative Feedbacks (2021)
  • Author(s): Kawakatu, N. (NIT, Kure College), Wada, K. (Kagoshima University), & Ichikawa, K. (Tohoku University)
  • Organizer: GALAXY EVOLUTION WORKSHOP 2020(online)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] AGN輻射圧駆動アウトフローによる電波銀河3C84ジェットのコリメーション (2020)
  • Author(s): 川勝望（呉高専）,紀基樹（工学院大/国立天文台），和田桂一（鹿児島大）、永井洋（国立天文台）
  • Organizer: 日本天文学会2020年秋季年会
• [Presentation] AGNとSNフィードバックを考慮した活動銀河核の遮蔽構造 (2020)
  • Author(s): 川勝 望（呉高専）、和田桂一（鹿児島大学）、市川幸平（東北大学）
  • Organizer: 日本天文学会春の年会
• [Presentation] 輻射・SNフィードバックによるAGN遮蔽構造 (2019)
  • Author(s): 川勝望（呉高専）
  • Organizer: AGN核周領域とその関連研究
  • Invited
• [Book] 相対論と宇宙の事典 (2020)
  • Author(s): 安東正樹 ・白水徹也 編集幹事／浅田秀樹 ・石橋明浩 ・小林努 ・真貝寿明 ・早田次郎 ・谷口敬介 編
  • Total Pages: 432
  • Publisher: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254131284