ブラックホール天文学の総括的研究

• 研究課題/領域番号: 14079101
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 牧島 一夫 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (20126163)
• 研究分担者: 小山 勝二 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10092206) ; 国分 紀秀 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 准教授 (50334248) ; 大杉 隆 (大杉 節) 広島大学, 大学院・理学研究科, 教授 (30033898) ; 大橋 隆哉 首都大学東京, 大学院・理学研究科, 教授 (70183027) ; 嶺重 慎 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (70229780)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 48,500千円 (直接経費: 48,500千円); 2007年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円); 2006年度: 12,400千円 (直接経費: 12,400千円); 2005年度: 9,200千円 (直接経費: 9,200千円); 2004年度: 10,500千円 (直接経費: 10,500千円); 2003年度: 8,100千円 (直接経費: 8,100千円); 2002年度: 5,300千円 (直接経費: 5,300千円)
• キーワード: ブラックホール / 宇宙物理学 / 一般相対論 / 宇宙X線・ガンマ線 / 星の進化 / ガンマ線バースト / 「すざく」衛星 / 活動銀河核 / 物質降着 / 科学衛星 / 数値シミュレーション

研究概要

アインシュタインの一般相対論が予言するブラックホールは、人類の自然認識の根幹にかかわる重要課題である。本領域は、日本の誇るブラックホール研究を一段と発展させ、その科学的な知見を拡大することを目的として設定された。方法論は、ブラックホールに吸い込まれる物質や吹き出す物質からのX線・ガンマ線放射を、大気圏外から実験観測的に捉えることを主軸とし、観測結果を理論や計算機シミュレーションとも比較する。本研究領域では、HETE-2衛星を運用し、Swif t衛星の装置較正に貢献し、2005年7月10日には「すざく」衛星を宇宙に送り出した。将来に向けては、ガンマ線衛星GLASTおよび国際宇宙ステーション搭載MAXI装置の準備を整えるとともに、新技術として、X線カロリメータ、各種のX線偏光検出器、新型のCCD素子、ガンマ線のコンプトンカメラなどを開発し、いくつかの気球実験を実行した。呼応した理論研究も、数値シミュレーションをおもな武器として広汎に展開された。研究の結果、ガンマ線バーストは宇宙遠方でブラックホールが誕生するさい発生することを突き止め、巨大ブラックホールから一般相対論的な効果を検出することに成功し、天の川銀河の中心に潜む巨大ブラックホールの活動性を暴き、近傍宇宙でガスに深く埋もれた巨大ブラックホールを発見した。また中質量ブラックホールの候補となる一群の天体を確認し、ブラックホールにガスが降着する際に4つの状態をとることを見出した。ブラックホールから噴出するジェットや、ブラックホール形成に関連した元素の合成にも新しい知見を得た。これによりブラックホールの存在をより強化し、その性質を詳しく知るとともに、提案中のNeXT衛星などを柱とした将来のさらなる飛躍を準備できた。9本の計画研究を合わせ、査読付き論文は300件以上、国際学会発表も100件を超す。

研究成果

• [雑誌論文] Suzaku Results . on Cygnus X-1 in the Low/Hard State (2008)
  • 著者名/発表者名: Makishima, K. ほか11名
  • 雑誌名: Publications of Astronomical Society of Japan 60(印刷中)
  • NAID: 10023953265
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suzaku Results on Cygnus X-1 in the Low/Hard State (2008)
  • 著者名/発表者名: Makishima, K., 11 co-authors
  • 雑誌名: Publ. Astronomical Soc. Japan vol. 60(in press)
  • NAID: 10023953265
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Low/Hard State Spectra of GRO J1655□40 Observed with Suzaku (2007)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., et. al.
  • 雑誌名: Publications of Astronomical Society of Japan 60,SP1 ページ: 69-84
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suzaku Wide-Band X-Ray Spectroscopy of the Seyfert2 AGN in NGC 4945 (2007)
  • 著者名/発表者名: Itoh, T., et. al.
  • 雑誌名: Publications of Astronomical Society of Japan 60,SP1 ページ: 251-262
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of a Bright Transient Ultraluminous X-Ray Source, Suzaku J1305□4931 in NGC4945 (2007)
  • 著者名/発表者名: Isobe, N., et. al.
  • 雑誌名: Publications of Astronomical Society of Japan 60,SP1 ページ: 241-250
  • 査読あり
• [雑誌論文] The X-Ray Observatory Suzaku (2007)
  • 著者名/発表者名: Mitsuda, K., et. al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 59
• [雑誌論文] X-Ray Imaging Spectrometer(XIS)on Board Suzaku (2007)
  • 著者名/発表者名: Koyama, K., et. al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 59
  • NAID: 10023948396
• [雑誌論文] Hard X-Ray Detector(HXD)on Board Suzaku (2007)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, T., et. al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 59
• [雑誌論文] Suzaku Observations of the Hard X-Ray Variability of MCG-6-30-15: the Effects of Strong Gravity around a Kerr Black Hole (2007)
  • 著者名/発表者名: Miniutti, G., et. al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 59
• [雑誌論文] Observational Evidence for Intermediate-Mass Black Holes: Ultra-Luminous X-ray Sources (2007)
  • 著者名/発表者名: Makishima, K., et. al.
  • 雑誌名: Proc. IAU Symposium No.238, "Black Holes: From Stars to Galaxies-Across the Range of Masses" (印刷中)
• [雑誌論文] Spectral energy distribution of super-Eddington flows (2006)
  • 著者名/発表者名: Heinzeller, D., Mineshige, S., & Ohsuga, K.,
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 372 ページ: 1208-1216
• [雑誌論文] A Short Gamma-Ray Burst Spparently Associated with an Elliptical Galaxy at Redshift z=0.225 (2005)
  • 著者名/発表者名: Gehrels, N., Kawaik, N., Nakazawa, K., Suzuki, M., Takahashi, T., Tashiro, M., 他
  • 雑誌名: Nature 437 ページ: 851-854
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Short Gamma-Ray Burst Spparently Associated with an Elliptical Galaxy at Redshift z = 0.225 (2005)
  • 著者名/発表者名: Gehrels, N., Kawaik, N., Nakazawa, K., Suzuki, M., Takahashi, T., Tashiro, M., et al
  • 雑誌名: Nature. vol. 437 ページ: 851-854
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The ASCA Medium Sensitivity Survey (The GIS Catalog Project) : Source Catalog II (2005)
  • 著者名/発表者名: Ueda, Y., Ishisaki, Y., Takahashi, T., Makishima, K., Ohashi, T.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal Supplement 161 ページ: 185-223
• [雑誌論文] Evaluation of radiation tolerance of FETs used for Astro-E2 hard X-ray detector (HXD-II) (2005)
  • 著者名/発表者名: Itoh, T., Niko, H., Kokubun, M., Makishima, K., Kawaharada, M., Takahashi, I., Miyasaka, H.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics A A541 ページ: 241-247
• [雑誌論文] Application of CdTe for the NeXT mission (2005)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, T., Nakazawa, K., Watanabe, S., Sato, G., Mitani, T., Tanaka, T., Oonuki, K., Tamura, K., Tajima, H., Kamae, T., Madejski, G., Nomachi, M., Fukazawa, Y., Makishima, K., Kokubun, M., Terada, Y., Tashiro, M.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics A A541 ページ: 332-341
  • NAID: 120006385937
• [雑誌論文] Development of low-noise double-sided silicon strip detector for cosmic soft gamma-ray Compton Camera (2005)
  • 著者名/発表者名: Fukazawa, Y., Nakamoto, T., Sawamoto, N., Uno, S., Ohsugi, T., Tajima, H., Takahashi, T., Mitani, T., Tanaka, T., Nakazawa, K.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics A A541 ページ: 342-349
  • NAID: 120000875341
• [雑誌論文] The ground calibration of X-ray CCD cameras (XIS) with front-illuminated chips onboard Astro-E2 (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakajima, H., Yamaguchi, H., Matsumoto, H., Tsuru, T.G., Koyama, K., Kissel, S., LaMarr, B., Bautz, M.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics A A541 ページ: 365-371
• [雑誌論文] Magnetohydrodynamical Accretion Flows : Formation of Magnetic Tower Jet and Subsequent Quasi-Steady State (2004)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y., Mineshige, S., & Shibata, K.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal vol. 605 ページ: 307-320
  • NAID: 110001216412
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Astrophysical Black Holes : Overview (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Mineshige
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 155 ページ: 1-8
  • NAID: 110001216348
• [雑誌論文] Understanding of X-Ray Spectra of Black Hole Binaries and Its Application to ULXs (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Kubota, K.Makishima, C.Done
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 155 ページ: 19-26
  • NAID: 110001216350
• [雑誌論文] High Energy Activities of Our Galactic Center and its Environment (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Koyama, A.Senda, H.Murakami
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 155 ページ: 152-157
  • NAID: 110001216365
• [雑誌論文] The Next Gamma-Ray Satellite GLAST for BLAZAR Observations (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Fukazawa, T.Ohsugi, S.Yoshida, T.Kamae et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 155 ページ: 327-328
  • NAID: 110001216399
• [雑誌論文] Peculiar Characteristics of the Hyper-Luminous X-Ray Source M82 X-1 (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Matsumoto, T.Inue, T.Tsuru, S.Matsushita, K.Watarai, S.Mineshige
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 155 ページ: 379-380
  • NAID: 110001216425
• [雑誌論文] X-Ray Spectra of Narrow-Line Seyfert 1 Galaxies in Comparison with Galactic Black Holes (2004)
  • 著者名/発表者名: M.M.Murashima, A.Kubota, K.Makishima
  • 雑誌名: Progress of Theoretical Physics Supplement 155 ページ: 389-390
  • NAID: 110001216430
• [雑誌論文] Magnetohydrodynamical Accretion Flows : Formation. of Magnetic Tower Jet and Subsequent Quasi-Steady State (2001)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y., Mineshige, s., & Shibata, K.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 605 ページ: 307-320
  • NAID: 110001216412
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [学会発表] Suzaku Results on Stellar-Mass Black Holes, ULXs, and Other Compact Objects (2007)
  • 著者名/発表者名: 牧島 一夫
  • 学会等名: Astrophysics of Compact Objects
  • 発表場所: 中華人民共和国 黄山市
  • 年月日: 2007-07-05
• [学会発表] Observational Evidence for Intermediate-Mass Black Holes : Ultra-Luminous X-ray Sources (2006)
  • 著者名/発表者名: 牧島, 一夫
  • 学会等名: 国際天文学連合第238シンポジヴム「ブラックホール:恒星質量から銀河まで」
  • 発表場所: チェコ共和国プラハ市
  • 年月日: 2006-08-24
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Observational Evidence for Intermediate-Mass Black Holes : Ultra-Luminous X-ray Sources (2006)
  • 著者名/発表者名: MAKISHIMA, Kazuo
  • 学会等名: The 283th IAU Colloquim on "Black Holes across the Mass Range : from Stars to Galaxies"
  • 発表場所: Plague
  • 年月日: 2006-08-24
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] 「アインシュタインと21世紀の物理学」より第8章「ブラックホールを見る」(牧島一夫担当) (2005)
  • 著者名/発表者名: 日本物理学会(編)
  • 総ページ数: 249
  • 出版者: 日本評論社
• [産業財産権] 多層放射線検出器を用いたガンマ線源の距離測定装置 (2007)
  • 発明者名: 高橋忠幸, 他
  • 権利者名: JAXA
  • 取得年月日: 2007-01-05
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] 放射線検出器及び放射線撮像装置 (2006)
  • 発明者名: 高橋忠幸, 他
  • 権利者名: JAXA
  • 出願年月日: 2006-10-10
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 牧島 一夫: "ブラックホールの観測的研究の進展"日本物理学会誌. 58・12. 888-895 (2003)
• [文献書誌] T.Tanimori, H.Kubo 他6名: "MeV γ-ray imaging detector with micro-TPC"New Astronomy Reviews. Vol.48. 263-268 (2004)
• [文献書誌] R.Sato, N.Kawai 他6名: "Earliest Detection of the Optical Afterglow of GRB 030329 and Its Variability"Astrophysical Journal Letters. Vol.599. L9-L12 (2003)
• [文献書誌] K.Kotake, S.Yamada, K.Sato: "Anisotropic Neutrino Radiation in Rotational Core Collapse"Astrophysical Journal. Vol.595. 304-316 (2003)
• [文献書誌] Y.Kato, S.Mineshige, K.Shibata: "Magnetohydrodynamical Accretion Flows : Formation of Magnetic Tower Jet and Subsequent Quasi-Steady State"Astrophysical Journal. (In press). (2004)
• [文献書誌] J.Yokogawa et al.: "Review of Discrete Sources in the Small Magellanic Cloud : Summary of th ASCA Results and Implication on the Recent Star-Forming Activity"Publications of the Astronomical Society of Japan. Vol.55. 161-189 (2003)
• [文献書誌] Y.Uchiyama et al.: "Flat Spectrum X-Ray Emission from the Direction of a Molecular Cloud Associated with SNR RX J1713. 7-3946"Publications of the Astronomical Society of Japan. Vol.54. L73-L77 (2002)
• [文献書誌] Y.Kobayashi et al.: "Observational Evidence for a High Energy Compton Cloud in GRO J1655-40 under a High Accretion Rate"Publications of the Astronomical Society of Japan. Vol.55(In press). (2003)
• [文献書誌] Y.Okada et al.: "CdTe and CdZnTe Detectors for Timing Measurements"IEEE Transactions on Nuclear Science. 49・4(In press). (2003)
• [文献書誌] S.Watanabe et al.: "CdTe Stacked Detectors for Gamma-Ray Detection"IEEE Transactions on Nuclear Science. 49・3(In press). (2003)