コロナ電波放射から探る銀河中心ブラックホールの系統的研究

• 研究課題/領域番号: 20K04020
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 土居 明広 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 (90403641)
• 研究分担者: 河野 裕介 国立天文台, 水沢VLBI観測所, 助教 (00370106)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: ブラックホール / 活動銀河核 / 電波 / ALMA / 宇宙工学

研究開始時の研究の概要

近年、活動銀河核のブラックホールに付随するコロナプラズマからの電波放射と思われるものが初めて検出された。コロナ現象はこれまでX線観測でしか知られていなかったが、電波観測と併せれば、磁場強度や加熱機構、非熱的成分の寄与など物理状態にまで理解が発展する。 本研究は、観測対象を多数の近傍AGNに拡大してサンプル数を増やし、コロナの普遍性/多様性を系統的に調査する。
これまでは、コロナ電波放射を検出したのは２天体からであった。 本研究により、調査範囲を多数の近傍AGN群に拡大し、A)コロナ現象の「普遍性」、B)コロナ物理状態の「多様性」、C)将来の直接撮像による研究の「発展性」を理解する。

研究成果の概要

本研究は、近年我々によって初めて電波帯にて検出された、活動銀河核 (AGN) ブラックホールの極近傍に付随するコロナからの放射について、観測対象を他のAGNに拡大してサンプル数を増やし、コロナの普遍性/多様性を調査するものである。 コロナ放射を示唆するミリ波超過スペクトルが発見されていた AGNはIC 4329AとNGC 985のみであったが、本研究によって NGC 1068とGRS 1734-292においても発見された。これらによって、ガンマ線やニュートリノの発生源としてAGNのブラックホールコロナが候補になりうる可能性を提示した。また、副産物となる研究成果も複数産出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近傍のAGNの放射エネルギースペクトルにおいて、約100 keVにカットオフを示すX線放射が知られており、ブラックホール周辺の高温プラズマ (10^9 Kelvin) からの放射と解釈されてきた。 しかし、X線以外の波長帯では観測されず、その物理モデルには不定性が多かった。 本研究により、電波帯においてもコロナ放射を観測する手段が得られ、X線/電波の両方の観測データからコロナの磁場強度を計測できるようになった。 また、近年のブラックホールシャドウ直接撮像の成功には、 コロナ放射現場を電波帯で直接撮像により迫る発展性があり、将来の衛星計画・気球実験の開発の我々の取り組みの重要性が拡大した。

研究成果

• [国際共同研究] INAF(イタリア)
• [国際共同研究] JIVE(オランダ)
• [国際共同研究] KASI/Seoul National University(韓国)
• [国際共同研究] Shanghai Astronomical Observatory/Key Laboratory of Radio Astronomy(中国)
• [国際共同研究] Max-Planck-Institute(ドイツ)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] MIT(米国)
• [国際共同研究] KASI(韓国)
• [国際共同研究] INAF(イタリア)
• [国際共同研究] Stanford University(米国)
• [国際共同研究] Academia Sinica Institute(中国)
• [国際共同研究] Joint ALMA Observatory(チリ)
• [雑誌論文] A Giant Metrewave Radio Telescope survey of radio-loud broad absorption line quasars (2024)
  • 著者名/発表者名: Takayuki J Hayashi , Akihiro Doi , Hiroshi Nagai
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 530 号: 3 ページ: 2590-2607
  • DOI: 10.1093/mnras/stae1008
  • 査読あり
• [雑誌論文] The centimeter-to-submillimeter broad-band radio spectrum of the central compact component in a nearby type-II Seyfert galaxy NGC?1068 (2023)
  • 著者名/発表者名: Michiyama Tomonari、Inoue Yoshiyuki、Doi Akihiro
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 75 号: 5 ページ: 874-882
  • DOI: 10.1093/pasj/psad044
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Probing the Heart of Active Narrow-line Seyfert 1 Galaxies with VERA Wideband Polarimetry (2023)
  • 著者名/発表者名: Takamura Mieko、Hada Kazuhiro、Honma Mareki、Oyama Tomoaki、Yamauchi Aya、Suzuki Syunsaku、Hagiwara Yoshiaki、Orienti Monica、D’Ammando Filippo、Park Jongho、Kam Minchul、Doi Akihiro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 952 号: 1 ページ: 47-47
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acd9a8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet (2023)
  • 著者名/発表者名: Ru L. et al., including M. Honma
  • 雑誌名: Nature 巻: 616 号: 7958 ページ: 686-690
  • DOI: 10.1038/s41586-023-05843-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Past and Future of East Asia to Italy: Nearly Global VLBI (2023)
  • 著者名/発表者名: Gabriele Giovannini, Yuzhu Cui, Kazuhiro Hada, Kunwoo Yi, Hyunwook Ro, Bong Won Sohn, Mieko Takamura, Salvatore Buttaccio, Filippo D’Ammando, Marcello Giroletti, Yoshiaki Hagiwara, Motoki Kino, Evgeniya Kravchenko, Giuseppe Maccaferri, Alexey Melnikov, Kotaro Niinuma, Monica Orienti,..., Akihiro Doi, et al.
  • 雑誌名: Galaxies 巻: 11 号: 2 ページ: 49-49
  • DOI: 10.3390/galaxies11020049
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA Detection of Parsec-scale Blobs at the Head of a Kiloparsec-scale Jet in the Nearby Seyfert Galaxy NGC 1068 (2022)
  • 著者名/発表者名: Michiyama, Tomonari; Inoue, Yoshiyuki; Doi, Akihiro; Khangulyan, Dmitry
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 936 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac8935
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Overview of the Observing System and Initial Scientific Accomplishments of the East Asian VLBI Network (EAVN) (2022)
  • 著者名/発表者名: Akiyama, Kazunori; Algaba, Juan-Carlos; An, Tao; Asada, Keiichi ; Asanok, Kitiyanee ; Byun, Do-Young ; Chanapote, Thanapol ; Chen, Wen ; Chen, Zhong ; Cheng, Xiaopeng; Chibueze, James O.; Cho, Ilje; Cho, Se-Hyung ; Chung, Hyun-Soo ; Cui, Lang; Cui, Yuzhu; Doi, Akihiro ; et al.
  • 雑誌名: Galaxies 巻: 10 号: 6 ページ: 113-113
  • DOI: 10.3390/galaxies10060113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental demonstration of deformable reflector antenna system with high accuracy deformation measurement (2022)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, Hiroaki; Kogiso, Nozomu; Sakano, Fumika ; Katsumata, Nobuhisa ; Yamazaki, Kenji ; Higuchi, Ken ; Ishimura, Kosei; Iwasa, Takashi ; Kishimoto, Naoko ; Fujigaki, Motoharu ; Doi, Akihiro; Nakahara, Satomi ; Hasegawa, Yutaka ; Kono, Yusuke
  • 雑誌名: Acta Astronautica 巻: 194 ページ: 93-105
  • DOI: 10.1016/j.actaastro.2022.02.002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] スマートアンテナにおけるアクチュエータ故障後の機能回復を考慮したレジリエント運用に対する信頼性評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 横田航一, 小木曽望, 飯田輝澄, 土居明広
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会論文集 巻: 70 号: 2 ページ: 31-39
  • DOI: 10.2322/jjsass.70.31
  • ISSN: 1344-6460, 2432-3691
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gamma-ray and Neutrino Signals from Accretion Disk Coronae of Active Galactic Nuclei (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Inoue , Dmitry Khangulyan , Akihiro Doi
  • 雑誌名: GALAXIES 巻: 9 号: 2 ページ: 36-50
  • DOI: 10.3390/galaxies9020036
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] VLBI Future Planning Working Group Review Report (2021)
  • 著者名/発表者名: Akahori, Takuya; Imai, Hiroshi; Eie, Sujin; Oyama, Tomoaki; Kimura, Kimihiro; Kurayama, Tomoharu; Kono, Yusuke; Kobayashi, Hideyuki; Sakai, Daisuke; Sakai, Nobuyuki; Teraya, Takaaki; Jike, Takaaki; Motogi, Kazuhito; Sugiyama, Koichiro; Sudo, Hiroshi ; Takefuji, Kazuhiro; Kino, Motoki; Doi, Akihiro; et al.
  • 雑誌名: VLBI Future Planning Working Group Review Report 巻: 1 ページ: 1-1
  • 国際共著
• [雑誌論文] The radio-loud narrow-line Seyfert 1 galaxy 1H 0323+342 in a galaxy merger (2020)
  • 著者名/発表者名: Doi, Akihiro; Kino, Motoki; Kawakatu, Nozomu; Hada, Kazuhiro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 496 号: 2 ページ: 1757-1765
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1525
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Blazar Radio and Optical Survey (BROS): A Catalog of Blazar Candidates Showing Flat Radio Spectrum and Their Optical Identification in Pan-STARRS1 Surveys (2020)
  • 著者名/発表者名: Itoh Ryosuke、Utsumi Yousuke、Inoue Yoshiyuki、Ohta Kouji、Doi Akihiro、Morokuma Tomoki、Kawabata Koji S.、Tanaka Yasuyuki T.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 901 号: 1 ページ: 3-3
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abab07
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] On the Origin of High-energy Neutrinos from NGC 1068: The Role of Nonthermal Coronal Activity (2020)
  • 著者名/発表者名: Inoue, Yoshiyuki; Khangulyan, Dmitry; Doi, Akihiro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 891 号: 2 ページ: L33-L33
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab7661
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Two-sided Jet Structures of NGC 1052 at Scales from 300 to 4 × 107 Schwarzschild Radii (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakahara, Satomi; Doi, Akihiro; Murata, Yasuhiro; Nakamura, Masanori; Hada, Kazuhiro; Asada, Keiichi; Sawada-Satoh, Satoko; Kameno, Seiji
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 159 号: 1 ページ: 14-14
  • DOI: 10.3847/1538-3881/ab465b
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Event Horizon Explorer ミッション (II): EHE-Japan の目指すもの (2024)
  • 著者名/発表者名: 本間希樹 秦和弘 鵜澤佳徳 廣田朋也 増井翔 秋山和徳 新沼浩太郎 大須賀健 川島朋尚 小山翔子 佐野栄俊 土居明広 萩原喜昭 樋口あや 恒任優 Peter Galison Michael Johnson Hannah Rana Edward Tong
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
• [学会発表] 近傍銀河 NGC 1068 の中心核のセンチ波からミリ波の広帯域スペクトルの起源に関する考察 (2023)
  • 著者名/発表者名: 道山知成 井上芳幸 土居明広
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
• [学会発表] 気球 VLBI 実験: 今後の実験再提案について (2023)
  • 著者名/発表者名: 河野 裕介 土居 明広 小山 友明 村田 泰宏 岳藤 一宏 米倉 覚則 岡田 望 本間 希樹
  • 学会等名: 大気球シンポジウム
• [学会発表] 近傍セイファート銀河NGC 1068に付随する電波ジェット先端部における宇宙線生成活動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 道山知成、井上芳幸、土居明広、Dmitry Khangulyan
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
• [学会発表] 高精度変位計測装置の実証結果と展望 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石村康生, 河野太郎, 宮下朋之, 鳥阪綾子, 田中宏明, 小木曽望, 安田優也, 塚野達 樹, 菊谷冬馬, 寺田怜央, 風間隼太郎, 二坂匠, 土居明広, 山谷昌大, 中尾達郎, 福 家英之,水村好貴,定村嵐
  • 学会等名: 大気球シンポジウム
• [学会発表] 格子貼付1カメラ法を有する形状可変構造実証試験の準備 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中宏明, 小木曽望, 坂本啓, 岩佐貴史, 勝又暢久, 岸本直子, 樋口健, 池田忠繁, 土居明広, 佐藤泰貴
  • 学会等名: 大気球シンポジウム
• [学会発表] 気球VLBIの状況と今後 (2021)
  • 著者名/発表者名: 土居明広
  • 学会等名: VLBI懇談会シンポジウム2021
• [学会発表] 気球VLBI実験: 2021年の実験報告と2022年の実験再提案 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河野 裕介, 土居 明広, 小山 友明, 亀谷 收, 村田 泰宏, 岳藤 一宏, 米倉 覚則, 岡田 望, 本間 希樹
  • 学会等名: 大気球シンポジウム
• [学会発表] セイファートのミリ波超過成分の起源 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井上芳幸, 土居明広
  • 学会等名: 日本天文学会2020年秋季年会
• [学会発表] スペースVLBI技術調査会の検討状況 (2020)
  • 著者名/発表者名: 土居明広, 河野裕介, 佐藤泰貴, 木村公洋, 岳藤一宏, 小山友明, 秦和弘, 沖野大貴
  • 学会等名: VLBI懇談会シンポジウム2020