2020 Fiscal Year Annual Research Report
モンテカルロ輻射輸送計算とX線偏光観測による巨大ブラックホールと銀河共進化の解明
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20J00119
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
谷本 敦 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 超巨大ブラックホール / 活動銀河核 / X線天文衛星NuSTAR |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超巨大ブラックホール(SMBH: SuperMassive Black Hole)成長の歴史を解明することは、天文学における最重要課題の1つである。銀河の中心には、約1億太陽質量のSMBHが普遍的に存在し、SMBH質量と銀河質量の間には、強い相関関係が知られている。この観測結果は、SMBHと銀河が互いに影響を及ぼしながら、共進化してきたことを示唆している。しかしながら、10桁もスケールが異なる、SMBHと銀河が、どのように共進化してきたのかは謎に包まれている。
この謎を解明する鍵が、活動銀河核(AGN: Active Galactic Nucleus)のトーラス構造である。AGNとは、銀河からSMBHへの質量降着により、銀河の中心核領域が、約10億太陽光度で光り輝く現象である。AGNの構造は、降着円盤がSMBHを取り囲み、さらにトーラスと呼ばれる構造が周囲を取り囲んでいる。このAGNトーラスは、銀河とSMBHの間に存在し、銀河からSMBHへの質量供給の役割を担っている。すなわち、AGNトーラスの理解は、SMBHと銀河の共進化を解明する上で、必要不可欠である。しかしながら、AGNトーラスのガス分布やダスト分布は、未だに理解されていない。
そこで私は、赤外線分光観測やX線分光観測により、AGNトーラス構造を調べた。赤外線分光観測は、主にダスト分布を反映し、X線分光観測は、主にガス分布を反映する。すなわち、赤外線分光観測とX線分光観測により、AGNトーラスのガス分布とダスト分布の比較が可能となる。私は、すでに赤外線分光観測からトーラス構造が調べられている12天体のX線分光観測結果を解析した。その結果、私は、赤外線分光観測から得られるトーラス構造は、X線分光観測から得られるトーラス構造よりも、極方向に広がっていることを発見した。私は得られた結果をまとめ、主著論文を出版した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
赤外線分光観測から得られるトーラス構造とX線分光観測から得られるトーラス構造を比較するには、全く同じトーラス構造からの赤外線スペクトルモデルとX線スペクトルモデルが必要不可欠である。実際、クランピートーラスからの赤外線スペクトルモデル(CLUMPY)が作成されている。そこで私は、CLUMPYモデルと同じ幾何構造を仮定し、クランピートーラスからのX線スペクトルモデル作成に取り組んだ。私は、モンテカルロX線輻射輸送計算コードMONACO(Monte Carlo simulation for Astrophysics and Cosmology)を利用して、クランピートーラスからのX線スペクトルモデル(XClumpy)の作成に成功した。このXClumpyモデルにより、赤外線分光観測から得られるトーラス構造とX線分光観測から得られるトーラス構造の比較が可能になった。
そこで私は、赤外線分光観測から得られるトーラス構造とX線分光観測から得られるトーラス構造の比較に取り組んだ。私は、X線天文衛星SuzakuやNuSTARにより観測された、12天体のX線分光観測結果を解析した。これにより、私は、X線分光観測からトーラス構造を推定した。その結果、私は、赤外線分光観測から得られるトーラス構造は、X線分光観測から得られるトーラス構造よりも極方向に広がっていることを発見した。この観測結果は、ダスト分布が、ガスの分布よりも極方向に広がっていることを示唆している。このように、今年度の研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究結果から、AGNトーラスのガス分布とダスト分布が異なっていることを発見した。しかしながら、どのような物理機構により、AGNトーラスのガス分布とダスト分布が異なっているのかは、未だに理解されていない。そこでまず私は、より多くの天体のガス分布を調査し、水素柱密度の分布や立体角の分布を知る必要があると考えた。
AGNトーラスの構造を調べるには、隠されたAGNのX線分光観測が最適である。隠されたAGNとは、コンプトン散乱に対する光学的厚みが1を超えるようなトーラスに隠されたAGNである。隠されたAGNの場合、トーラスにより透過成分が強く光電吸収され、トーラスによるコンプトン散乱成分や鉄蛍光X線成分が卓越する。コンプトン散乱成分の形状や鉄蛍光X線の強度は、トーラスの水素柱密度や立体角に強く依存する。すなわち、これらの成分から、トーラスの水素柱密度や立体角を調べることが可能となる。
そこで私は、X線天文衛星NuSTARにより観測された、52天体の隠されたAGNのX線分光観測データを解析する。X線天文衛星Swiftの全天X線観測から、近傍宇宙には、55天体の隠されたAGN候補が存在することが示唆されている。しかしながら、その水素柱密度や立体角を決定するには、より精度の良いX線天文衛星による追加観測が必要不可欠である。X線天文衛星NuSTARは、水素柱密度や立体角を決定する上で重要なX線帯域である、10 keV以上において、過去最高の感度を有している。そこで私は、X線天文衛星NuSTARにより観測された、52天体の隠されたAGNのX線分光観測データを解析する。そして、AGNトーラスの水素柱密度の分布や立体角の分布を過去最高の精度で推定する。
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Research Products
(4 results)
