2022 Fiscal Year Research-status Report
Infrared probing into particle acceleration by magnetic turbulence associated with astrophysical jets from active galactic nuclei
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21K03635
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
磯部 直樹 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (80360725)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 活動銀河中心核 / 宇宙ジェット / 粒子加速 / 乱流 / 赤外線観測 / サブミリ波観測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、活動銀河中心核から噴出する宇宙ジェットによって生じる乱流による粒子加速の証拠を、赤外線・サブミリ波による観測でとらえることを目的としている。ジェットは宇宙最大の粒子加速器の一つであり、標準的な描像ではジェットによって生じる衝撃波が支配的な粒子加速機構だと考えられている。一方で、ジェットや衝撃波に伴って発生する乱流が、効率的な加速機構として機能することが理論的に予言されているが、その観測的な証拠は得られていない。本研究では、乱流によって生じる粒子のスペクトルが衝撃波加速よりもハードな点に着目し、乱流加速による粒子のシンクロトロン放射強度が赤外線やサブミリ波の帯域において衝撃波によるシンクロトロン放射強度を上回ると考えた。そこで、これまでジェットの研究ではあまり活用されてこなかった、赤外線やサブミリ波の観測によって、乱流加速の証拠の探査を進めている。
これまでの研究により、電波銀河Pictor Aのジェット終端衝撃波である西側ホットスポットの赤外線スペクトルに、乱流加速の証拠とみられる超過成分を発見した。一方で、電波銀河Cygnus Aの東側ホットスポットからは、そのような兆候を観測することはできなかった。本年度はこれらの成果を、国際研究会で幅広く報告し、成果の普及に努めた。また、Pictor Aの西側ホットスポットについては、アルマ望遠鏡アタカマ・コンパクトアレイによる観測が実施され、この天体から405 GHzのサブミリ波放射の検出に初めて成功した。この結果をもとに、Pictor Aの西ホットスポット内の乱流加速に関連する物理量の修正を行った。その結果は、すでに国際研究会で速報するとともに、投稿論文にまとめつつある。
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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
乱流加速の兆候が見られた電波銀河 Pictor A の西ホットスポットについては、その証拠をより確実なものにするためには、サブミリ波・赤外線における高空間分解能の撮像観測が重要な役割を果たすと考えていた。この第一歩として、アルマ望遠鏡アタカマ・コンパクトアレイによる観測提案が採択されていたものの、Priority Cでの採択であったため、実際に観測される確率は半々であった。幸運にも、これが実行されたことによって、Pictor A 西ホットスポットからのサブミリ波放射の検出に成功した。そのデータをHerschel衛星による遠赤外線データと比較することで、乱流加速の証拠と考えられる遠赤外線超過の存在がより確実なものになった。また、このデータをもとに、ホットスポット内の磁場強度など、乱流加速に関連する物理量を修正することができた。これらの結果は、ジェットにおける粒子加速の検討をより系統的に多くの天体に適用していく際の基礎となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
Pictor A の西ホットスポットで見つけた乱流加速の兆候を足掛かりに、二つの方向に研究を発展させる。第一の方向は、西ホットスポットの乱流加速の証拠について、より確実性を高めることである。このためには、サブミリ波・赤外線によるサブ秒角スケールの空間分解能での撮像観測で、ホットスポット内での加速場所を特定することが重要と考えられる。そのために、ALMA望遠鏡やJWST望遠鏡による観測提案を行っている。
第二の方向は、サブミリ波・赤外線による乱流加速の系統的な探査である。そのために、Pictor A西ホットに続く天体のリストアップを進めており、適切な天体の観測をALMA望遠鏡やJWSTに対して提案していく予定である。
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| Causes of Carryover |
昨年度からの繰り越し分が、ほぼそのまま今年度の使用計画と使用額の差となってしまった。昨年度からの繰り越しの理由が COVID-19 による研究会などの実体参加の制限であったことから、来年度以降は状況の改善によって、より計画的な使用が見込まれる。
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