ブラックホール高精度位置決定による活動銀河核の根源的問題の観測的解明

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24340042
• Research Institution: Japan Aerospace Exploration Agency
• Principal Investigator: 土居 明広 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (90403641)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 萩原 喜昭 国立天文台, 水沢VLBI観測所, 助教 (60399300) ; 永井 洋 国立天文台, チリ観測所, 助教 (00455198) ; 紀 基樹 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 研究員 (70531234)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 天文学 / ブラックホール / 電波 / 活動銀河 / ジェット / VLBI / 位置天文 / 降着円盤

Research Abstract

ブラックホール(BH)について、シュバルツシルト半径(Rs)に匹敵する精度で位置決定＋BH周辺を撮像するという組み合わせ手法「多周波相対VLBI」により、AGNにおける「３つの根源的問題」に挑むのが、本申請の研究の目的である： (A) Sgr A* や低光度AGNの主エネルギー発生源は、降着円盤か？ジェットか？ (B) ブレーザーや電波銀河のγ線放射領域は BH から 何 Rs の地点に存在するか？ (C) 降着エネルギー開放の現場であるBH近傍 1-10000 Rs での質量降着流の空間構造は？。 Nature誌に発表した我々の成果は、新しい観測手法を実用化し M87 の観測に適用したことによるものであった。これを重要な天体群にも適用し、研究を発展させるプロジェクトである。
平成25年度研究実施計画は： (1) M104, NGC 4261, M87 の成果を論文として出版する。(2) 昨年度取得した CenA, 3C 84, Cyg A のデータを解析する。(3) 獲得済みの観測時間で、Mrk 348 の観測をおこない、データを取得する。(4) 研究会を開催する。であった。
当該年度に実施した研究成果は：(i) M104, M87 については学術論文として出版した。このうち M104 は報道発表される大きな成果となった。NGC 4261 については審査中である。 (ii) Cen A, 3C 84 のデータの解析が終了、3C 84 については学術論文として出版した。Cyg A については観測中である。 (iii) 観測中である。(iv) Workshop "Relativistic jets in AGNs 2013" を主催した (2013年11月22日＠国立天文台三鷹)。 (v) さらにγ線天体 3C84, M87, PKS 1502+036、Markarian 421 について論文出版・提出に至る成果が生まれ、高エネルギー放射の起源についてさらに理解が深まるとともに、ジェットの収束機構の解明に繋がる大きな観測的進展があった。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

査読付き学術論文 14 編、学会発表8件、その他国際研究会での発表多数など、大変多くの科学成果を発表することが出来た。 査読付き論文は、H24年度の15編に引き続き、申請時の目標(2編/年)を大幅に上回る成果発信をすることができた。特に、大きな成果は、日本天文学会において報道発表された M104 ソンブレロ銀河の研究であった。
科学的な内容としても、H25年度は大きな進展があった。H24年度では、解明に向けて掲げた３つの根源的問題の一つ、(B) ブレーザーや電波銀河のγ線放射領域は BH から 何 Rs の地点に存在するか？ について、大きな進捗があったが、H25年度では (A) Sgr A* や低光度AGNの主エネルギー発生源は、降着円盤か？ジェットか？ について、大きな進捗があった。報道発表の M104 の成果はその代表にあたり、H24年度の NGC 4258 の成果と合わせ、低光度AGN電波放射の主エネルギー源がジェットであることをほぼ解明したと考えられる。また、H24年度にひきつづき(B)の課題についても特徴的な進展がみられ、3C 84における多層ジェットの直接撮像による発見、M87のジェット収束・加速機構の現場を位置天文観測の手法も活かして切り込んだ成果など、本研究手法を活かしたユニークなアプローチが結実した年度でもあった。 また、高速度アウトフローを伴った遠方の活動銀河核についても２編の成果が挙がり、３つ目の課題 (C) 降着エネルギー開放の現場であるBH近傍 1-10000 Rs での質量降着流の空間構造は？の解明に向けて、準備的なステップを踏めた。
このように、2/5年目の段階としては当初の計画を上回る早さで研究が進んだと言える。

Strategy for Future Research Activity

解明を目指して掲げた「活動銀河核 3 つの根源的問題」について、H24年度では (B) ブレーザーや電波銀河のγ線放射領域は BH から 何 Rs の地点に存在するか？ について、H25年度では (A) Sgr A* や低光度AGNの主エネルギー発生源は、降着円盤か？ジェットか？ について着実な進展があった。 ３年目となるH26年度では、上記 (A)(B)の課題について更なる研究を深めるとともに、(C) 降着エネルギー開放の現場であるBH近傍 1-10000 Rs での質量降着流の空間構造は？ の課題についての結果を含めた成果発信を目指す。
今年度の研究実施計画を以下のように設定する： (1) 質量降着流の空間構造に直接撮像で迫る研究の成果をまとめる (NGC 4261, 3C84, or Mrk 348)。 (2) ジェット径の空間発展プロファイルとガンマ線放射源調査のアプローチから、ジェットの加速・収束メカニズムに迫る (M87, 1H0323+342, NGC 4261, or Cen A)。 (3) 本研究課題の手法に時間領域を加えたアプローチ、より高周波帯領域を加えたアプローチなど、新たな研究領域の開拓に発展しうる研究と検討をおこなう。
上記について現在までの準備状況は：(1) NGC 4261 については論文を提出し、レフリーコメントに対応しながら論文をブラッシュアップしているところである。3C84 と Mrk 348 については、データ解析が終了した。 (2) M87 は観測完了、1H0323は論文執筆中、NGC 4261, Cen A はデータ解析が完了した段階にある。 (3) TeVブレーザーや低光度AGNのコア位置時間変動の調査が複数天体で進んでいる(e.g, Mrk 421, Mrk 501, M84)。将来の高周波VLBIの時代における本研究手法の有効性をうらなえる可能性のある ALMA データを獲得する等、活動を開始している。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

小額の繰越金が発生した。
小額なので、次年度の使用予定金額に単純に合算して使用する。

Research Products

• [Journal Article] Limb-brightened Jet of 3C 84 Revealed by the 43 GHz Very-Long-Baseline-Array Observation (2014)
  • Author(s): Nagai, H.; Haga, T.; Giovannini, G.; Doi, A.; Orienti, M.; D'Ammando, F.; Kino, M.; Nakamura, M.; Asada, K.; Hada, K.; Giroletti, M.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 785 Pages: id. 53, 6 pp.
  • DOI: 10.1088/0004-637X/785/1/53
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Relativistic electrons and magnetic field of the M87 jet on ~ten Schwarzschild radii scale (2014)
  • Author(s): Kino, M.; Takahara, F.; Hada, K.; Doi, A.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: in press Pages: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovery of Sub- to Superluminal Motions in the M87 Jet: An Implication of Acceleration from Sub-relativistic to Relativistic Speeds (2014)
  • Author(s): Asada, Keiichi; Nakamura, Masanori; Doi, Akihiro; Nagai, Hiroshi; Inoue, Makoto
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: Volume 781, Issue 1 Pages: id. L2, 5 pp.
  • DOI: 10.1088/2041-8205/781/1/L2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence for a Nuclear Radio Jet and its Structure down to ~100 Schwarzschild Radii in the Center of the Sombrero Galaxy (M 104, NGC 4594) (2013)
  • Author(s): Hada, Kazuhiro; Doi, Akihiro; Nagai, Hiroshi; Inoue, Makoto; Honma, Mareki; Giroletti, Marcello; Giovannini, Gabriele
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: Volume 779, Issue 1 Pages: id. 6, 13 pp.
  • DOI: 10.1088/0004-637X/779/1/6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Innermost Collimation Structure of the M87 Jet Down to ~10 Schwarzschild Radii (2013)
  • Author(s): Hada, Kazuhiro; Kino, Motoki; Doi, Akihiro; Nagai, Hiroshi; Honma, Mareki; Hagiwara, Yoshiaki; Giroletti, Marcello; Giovannini, Gabriele; Kawaguchi, Noriyuki
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: Volume 775, Issue 1 Pages: id. 70, 7 pp.
  • DOI: 10.1088/0004-637X/775/1/70
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A statistical relation between the X-ray spectral index and Eddington ratio of active galactic nuclei in deep surveys (2013)
  • Author(s): Brightman, M.; Silverman, J. D.; Mainieri, V.; Ueda, Y.; Schramm, M.; Matsuoka, K.; Nagao, T.; Steinhardt, C.; Kartaltepe, J.; Sanders, D. B.; Treister, E.; Shemmer, O.; Brandt, W. N.; Brusa, M.; Comastri, A.; Ho, L. C.; Lanzuisi, G.; Lusso, E.; Nandra, K.; Salvato, M.; Zamorani, G.; Akiyama, M.; Doi, A.; et al.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: Volume 433, Issue 3 Pages: p.2485-2496
  • DOI: 10.1093/mnras/stt920
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The ordinary life of the γ-ray emitting narrow-line Seyfert 1 galaxy PKS 1502+036 (2013)
  • Author(s): D'Ammando, F.; Orienti, M.; Doi, A.; Giroletti, M.; Dallacasa, D.; Hovatta, T.; Drake, A. J.; Max-Moerbeck, W.; Readhead, A. C. S.; Richards, J. L.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: Volume 433, Issue 2 Pages: p.952-961
  • DOI: 10.1093/mnras/stt778
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Very Long Baseline Array Multi-frequency Polarimetric Imaging of Radio-loud Broad Absorption Line Quasars (2013)
  • Author(s): Hayashi, Takayuki J.; Doi, Akihiro; Nagai, Hiroshi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: Volume 772, Issue 1 Pages: id. 4, 11 pp.
  • DOI: 10.1088/0004-637X/772/1/4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multifrequency VLBI Observations of the Broad Absorption Line Quasar J1020+4320: Recently Restarted Jet Activity? (2013)
  • Author(s): Doi, Akihiro; Murata, Yasuhiro; Mochizuki, Nanako; Takeuchi, Hiroshi; Asada, Keiichi; Hayashi, Takayuki J.; Nagai, Hiroshi; Shibata, Katsunori M.; Oyama, Tomoaki; Jike, Takaaki; Fujisawa, Kenta; Sugiyama, Koichiro; Ogawa, Hideo; Kimura, Kimihiro; Honma, Mareki; Kobayashi, Hideyuki; Koyama, Shoko
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: Vol.65, No.3 Pages: No.57, 6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Submillimeter H2O Maser in Circinus Galaxy―a New Probe for the Circumnuclear Region of Active Galactic Nuclei (2013)
  • Author(s): Hagiwara, Yoshiaki; Miyoshi, Makoto; Doi, Akihiro; Horiuchi, Shinji
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: Volume 768, Issue 2 Pages: id. L38, 6 pp.
  • DOI: 10.1088/2041-8205/768/2/L38
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] VLBI Imagings of a Kilo-Parsec Knot in 3C 380 (2013)
  • Author(s): Koyama, Shoko; Kino, Motoki; Nagai, Hiroshi; Hada, Kazuhiro; Kameno, Seiji; Kobayashi, Hideyuki
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: Vol.65, No.2 Pages: No.29, 7 pp.
  • DOI: 10.1093/pasj/65.2.29
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The GENJI Programme: Gamma-Ray Emitting Notable AGN Monitoring by Japanese VLBI (2013)
  • Author(s): Nagai, Hiroshi; Kino, Motoki; Niinuma, Kotaro; Akiyama, Kazunori; Hada, Kazuhiro; Koyama, Shoko; Orienti, Monica; Hiura, Koichiro; Sawada-Satoh, Satoko; Honma, Mareki; Giovannini, Gabriele; Giroletti, Marcello; Shibata, Katsunori; Sorai, Kazuo
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: Vol.65, No.2 Pages: No.24, 14 pp.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The TeV blazar Markarian 421 at the highest spatial resolution (2013)
  • Author(s): Blasi, M. G.; Lico, R.; Giroletti, M.; Orienti, M.; Giovannini, G.; Cotton, W.; Edwards, P. G.; Fuhrmann, L.; Krichbaum, T. P.; Kovalev, Y. Y.; Jorstad, S.; Marscher, A.; Kino, M.; Paneque, D.; Perez-Torres, M. A.; Piner, B. G.; Sokolovsky, K. V.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: Volume 559 Pages: id.A75, 11 pp.
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201321858
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Active Galactic Nucleus and Extended Starbursts in a Midstage Merger VV 114 (2013)
  • Author(s): Iono, Daisuke; Saito, Toshiki; Yun, Min S.; Kawabe, Ryohei; Espada, Daniel; Hagiwara, Yoshiaki; Imanishi, Masatoshi; Izumi, Takuma; Kohno, Kotaro; Motohara, Kentaro; Nakanishi, Kouichiro; Sugai, Hajime; Tateuchi, Ken; Tamura, Yoichi; Ueda, Junko; Yoshii, Yuzuru
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: Vol.65, No.3 Pages: No.L7, 5
  • Peer Reviewed
• [Presentation] M87における2012年TeV $\gamma$線活動に同期したブラックホール近傍数10シュバルツシルト半径以内からの強い電波増光の検出 (2014)
  • Author(s): 秦和弘, 永井洋, 秋山和徳, 本間希樹, 紀基樹, 土居明広, 新沼浩太郎, G.Giroletti, G.Giovannini, T.Cheung,M.Beilicke他
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 国際基督教大学
  • Year and Date: 20140319-20140322
• [Presentation] VERAによる低光度AGN M84中心核の2周波(22,43GHz)同時観測 (2014)
  • Author(s): 中原聡美,秦和弘,本間希樹,中西裕之,土居明広
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 国際基督教大学
  • Year and Date: 20140319-20140322
• [Presentation] GENJIプログラム:VLBIモニター観測による電波銀河3C 84の長期変動 (2014)
  • Author(s): 千田 華,永井 洋,本間希樹,西嶋恭司,ほか GENJIプログラムメンバー
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 国際基督教大学
  • Year and Date: 20140310-20140312
• [Presentation] VLBA-43GHzで捉えたブレーザーMrk 501のジェット深部の微細構造 (2013)
  • Author(s): 小山翔子,紀基樹,土居明広,永井洋,新沼浩太郎,秦和弘,M. Giroletti,G. Giovannini, M. Orienti
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 20130910-20130920
• [Presentation] 電波銀河3C 84ジェットにおける二重稜線構造の発見 (2013)
  • Author(s): 永井洋,羽賀隆史,Monica Orienti,紀基樹,土居明広,秦和弘,浅田圭一,Gabriele Giovannini,Marcello Giroletti
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 20130910-20130912
• [Presentation] M87ジェット最深部での磁場と相対論的電子のエネルギー密度比 (2013)
  • Author(s): 紀基樹, 高原文郎, 秦和弘,土居明広
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 20130910-20130912
• [Presentation] 多周波位相補償VLBI観測によるソンブレロ銀河(M104, NGC4594)中心核100シュバルツシルト半径スケールの構造探査 (2013)
  • Author(s): 秦和弘, 土居明広, 永井洋, 井上允
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 20130910-20130912
• [Presentation] TeVブレーザーMrk 421の静穏期における電波コアのふらつき探査 (2013)
  • Author(s): 新沼浩太郎, 紀 基樹, 土居明広, 小山翔子,秦 和弘, 永井 洋, Lico R.
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 20130910-20130912
• [Remarks] 記者発表：「視力５０万の瞳」が捉えたソンブレロ銀河の中心に潜む超巨大ブラックホールの周辺構造
  • URL: http://www.miz.nao.ac.jp/content/pr/pr20130909/c01
• [Remarks] Relativistic jets in AGNs 2013, 2013/11/22, 国立天文台
  • URL: http://vsop.mtk.nao.ac.jp/wikie/index.php?AGN2013