X線精密分光とスペクトル変動観測による巨大ブラックホールと銀河の共進化の研究

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K05296
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 寺島 雄一 愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 教授 (20392813)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: X線分光 / ブラックホール

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、X線分光観測を主要な手段として、巨大ブラックホールとその周辺環境(銀河や銀河団)との相互作用、および巨大ブラックホールと銀河の共進化を理解することを目指している。
まず、「ひとみ」衛星による精密X線分光観測で、ペルセウス座銀河団中心にあるNGC 1275銀河中心核からのジェットが周辺(銀河団をみたす高温ガス)に与える影響を調べた。その結果、速度分散にして164+/-10 km/sという予想をはるかに下回る運動状態であることがわかった。これは、母銀河を超えた大きな空間スケールでは、ジェットが大きな擾乱を起こしていないことを示している。また、NGC 1275中心核そのもののX線精密分光データの解析も進行中である。
次に、活動銀河中心核(巨大ブラックホール)のX線広帯域分光により、ブラックホール周辺の吸収体の構造の系統的調査を進めた。それにより光度が小さい天体は吸収物質の広がりが小さいか吸収物質があまり存在しない一方で、光度が中程度ではより発達した吸収体が存在していることがわかった。また、可視光とX線サーベイデータを組み合わせ、巨大ブラックホールと銀河との共進化段階を調査するための活動銀河サンプルも構築しつつある。その結果、大光度で視線上の物質によるX線吸収がそれほど大きくないが、紫外線や可視光が大きく減光されている種族が多数見つかった。ここまでの成果は査読論文として掲載済みまたは投稿済みである。これらを踏まえて、様々な種族の巨大ブラックホールについて、その母銀河との関係の調査を進めつつある。

Current Status of Research Progress

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

Reason

まず、「ひとみ」衛星によりペルセウス座銀河団はじめいくつかの天体について精密X線分光観測データが得られた。初年度は、ペルセウス座銀河団中の銀河団ガスに見られる活動銀河核ジェットの影響の観点で解析、成果発表を行った。ペルセウス座銀河団中心の巨大ブラックホールを持つ活動銀河NGC 1275のX線精密分光データの解析も進行中であり、ブラックホール周辺物質の運動状態と、母銀河との関係という、本研究課題の主要課題の一つについて成果が得られつつある。また、巨大ブラックホールからの物質流、それによるブラックホール周辺からの光の吸収を観測を通じて、巨大ブラックホールと母銀河の共進化過程を理解する上で、様々な状況(中心核の明るさ、周辺物質の量、母銀河の性質)をカバーするサンプルの構築と系統的研究が必要である。このために、これまでに得られたX線データや可視光赤外線データも組み合わせた、天体探索とデータ解析を進めてきている。「ひとみ」衛星によるブラックホール噴出流の観測データは限られたものであるが、得られたデータについては確実に解析が進行中であり、成果を発表できる見込みである。また、研究実施計画に記述したように、既存の大量のデータも併用することで、本研究課題を遂行していくことができる見込みを得ている。

Strategy for Future Research Activity

まず、「ひとみ」衛星によるX線精密観測データのうち、ペルセウス座銀河団中心のNGC 1275銀河の巨大ブラックホール周辺構造の理解を目指した解析をさらに進め、成果を発表する。また、巨大ブラックホールと観測者の間の視線上の物質による吸収に着目した、巨大ブラックホール-母銀河共進化理解のためのサンプル構築をさらに進める。特に、当初の計画通り、巨大ブラックホールのX線強度と周辺物質による吸収量の変動を調べることで、ブラックホール周辺構造の研究を進める。順調に進めば、変動データの理解のための、数値シミュレーションの開発にも着手する。さらに、共進化の理解のためには、母銀河の性質を調べる必要もあるため、可視光や赤外線のデータも併用し母銀河の性質についても調査検討を進める。「ひとみ」衛星によるブラックホール噴出流のX線精密分光観測データは限られたものであることから、他のX線観測衛星による大量のデータの蓄積をより生かす形のサンプル構築とデータ解析を行うことで、できるかぎり共進化過程の理解にせまることを計画している。また、「ひとみ」衛星のデータのうち熱的プラズマ放射の分光データの詳細な解析は、本研究の目標の一つであるブラックホール噴出流のエネルギーが熱化されたプラズマの探索の基礎になるものであり、今後進めていく予定である。

Causes of Carryover

購入したデータストレージ容量が当該年度の研究遂行に十分だったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度以降に解析する観測データ保持のための、データストレージの追加費用とする。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NASA Goddard Space Flight Center/University of Maryland/Princeton University(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NASA Goddard Space Flight Center/University of Maryland/Princeton University
• [Int'l Joint Research] University of Cambridge(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of Cambridge
• [Int'l Joint Research] SRON(オランダ)
  • Country Name: NETHERLANDS
  • Counterpart Institution: SRON
• [Int'l Joint Research] Pontificia Universidad Catolica de Chile(チリ)
  • Country Name: CHILE
  • Counterpart Institution: Pontificia Universidad Catolica de Chile
• [Int'l Joint Research] Academia Sinica(中華民国)
  • Country Name: その他の国・地域
  • Counterpart Institution: Academia Sinica
• [Journal Article] Clustering of Infrared-bright Dust Obscured Galaxies Revealed by the Hyper Supime-Cam and WISE (2017)
  • Author(s): Toba, Y., Nagao, T., Kajisawa, M., Oogi, T., Akiyama, M., Ikeda, H., Coupon, J., Strauss, M. A., Wang, W.-H., Tanaka, M., Niida, M., Noboriguchi, A., Imanishi, M., Lee, C.-H., Matsuhara, H., Matsuoka, Y., Onoue, M., Terashima, Y., Ueda, Y., Harikane, Y., Komiyama, Y., Miyazaki, S., & Usuda, T.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 835 Pages: 36 (12pp)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/835/1/36
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Shedding Light on the Compton-thick Active Galactic Nucleus in the Ultraluminous Infrared Galaxy UGC 5101 with Broadband X-Ray Spectroscopy (2017)
  • Author(s): Oda, S., Tanimoto, A., Ueda, Y., Imanishi, M., Terashima, Y., & Ricci, C.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 835 Pages: 179 (11pp)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/835/2/179
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hitomi Constraints on the 3.5 keV Line in the Perseus Galaxy Cluster (2017)
  • Author(s): Aharonian, F. A. et al. (215 authors)
  • Journal Title: The Astrohysical Journal Letters, Volume: 837 Pages: L15 (9pp)
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aa61fa
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Suzaku Observations of Moderately Obscured (Compton-thin) Active Galactic Nuclei Selected by Swift/BAT Hard X-ray Survey (2016)
  • Author(s): Kawamuro, T., Ueda, Y., Tazaki, F., Ricci, C., & Terashima, Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Supplement Series Volume: 225 Pages: 14 (23pp)
  • DOI: 10.3847/0067-0049/225/1/14
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The quiescent intracluster medium in the core of the Perseus cluster (2016)
  • Author(s): Hitomi Collaboration, (215 authors)
  • Journal Title: Nature Volume: 535 Pages: 117-121
  • DOI: 10.1038/nature18627
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The ASTRO-H (Hitomi) x-ray astronomy satellite (2016)
  • Author(s): Takahashi, T., (269 authors)
  • Journal Title: Proceedings of the SPIE Volume: 9905 Pages: 99050U (17pp)
  • DOI: 10.1117/12.2232379
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] Study of Swift/Bat Selected Low-luminosity Active Galactic Nuclei Observed with Suzaku (2016)
  • Author(s): Kawamuro, T., Ueda, Y., Tazaki, F., Terashima, Y., & Mushotzky, R.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 831 Pages: 37 (16pp)
  • DOI: 10.3847/0004-637X/831/1/37
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] AGNフィードバックのX線観測 (2016)
  • Author(s): 寺島雄一
  • Organizer: 超巨大ブラックホール研究推進連絡会第４回ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京大学天文学教育研究センター(東京都三鷹市)
  • Year and Date: 2016-12-10
  • Invited
• [Presentation] 超高光度赤外線銀河 UGC 5101 の広帯域X線スペクトル解析 (2016)
  • Author(s): 小田紗映子, 上田佳宏, 谷本 敦, 今西昌俊, 寺島雄一, Ricci, C.
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学城北キャンパス（愛媛県松山市）
  • Year and Date: 2016-09-15
• [Presentation] 硬X線(>10 keV) 選択された適度に吸収を受けた活動銀河核の『すざく』による広帯域X線スペクトルの系統的解析 (2016)
  • Author(s): 川室太希, 上田佳宏, 田崎文得, Ricci, C., 寺島雄一
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学城北キャンパス（愛媛県松山市）
  • Year and Date: 2016-09-15
• [Presentation] XMM-Newton 衛星で検出されたスーパーフレア星候補天体 (2016)
  • Author(s): 中村優美子, 坪井陽子, 寺島雄一, 勝田 哲, 菅原泰晴
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学城北キャンパス（愛媛県松山市）
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] X-ray Properties of Optically Faint Sources (2016)
  • Author(s): Terashima, Y.
  • Organizer: HSC-AGN face-to-face meeting
  • Place of Presentation: KAVLI IPMU, The University of Tokyo (千葉県柏市)
  • Year and Date: 2016-08-27
  • Int'l Joint Research