多波長観測と輻射輸送計算で確立する活動銀河核の新たな統一描像

• 研究課題/領域番号: 21J13894
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 小川 翔司 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2021-04-28 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: 超巨大ブラックホール / 活動銀河核 / 赤外線天文学 / X線天文学

研究開始時の研究の概要

現代天文学において、銀河とその中心に存在する超巨大ブラックホールとの「共進化」と呼ばれる形成進化は、大きな謎のひとつとなっている。そこで本研究ではブラックホールへの質量降着が活発な活動銀河核に着目し、共進化メカニズムの解明を目的とする。近傍の活動銀河核に対し最先端の理論モデルと多波長観測データの詳細な比較を行うことで、超巨大ブラックホールから母銀河までの物質の流れを系統的に調査する。活動銀河核の構造をかつてない精度で解明し、超巨大ブラックホールと母銀河の間の質量輸送機構について調査することで、近傍活動銀河核の中心核構造や共進化メカニズムの統一描像の確立を目指す。

研究実績の概要

今年度は活動銀河核におけるポーラーダストの存在を考慮した赤外線スペクトルモデルの開発とその観測データへの適用に取り組んだ。活動銀河核の構造は中心の超巨大ブラックホールと降着円盤、それらを取り囲むトーラスから成る。近年の多波長観測結果は、これらの構造に加えて極域に広がるポーラーダスト成分の存在を示唆する。実際、Ogawa et al. 2021でポーラーダストからの放射の影響により赤外線ではX線観測と比べ、トーラスの厚みを過剰評価してしまうことを示した。X線観測結果と矛盾なく観測データを説明するためには、ポーラーダストを考慮したモデルが必要であるが、そのようなモデルは発展途上だった。
そこで理論グループと協力して最新の流体計算結果に沿った描像に基づき、ポーラーダストを含む活動銀河核トーラスからの赤外線スペクトルモデルを開発した。クランピートーラスにポーラーダストを導入したダスト分布をもとに既存の輻射輸送計算コードを用いて赤外線のスペクトルエネルギー分布を計算し、ポーラーダストの開口角、光学的厚み、トーラスの幾何的厚み、光学的厚みをフリーパラメータとしたテーブルモデルを作成した。作成したモデルによって近傍の活動銀河核の観測データをX線観測の結果と矛盾なく再現できることを示し、エディントン比の小さい天体ではポーラーダストが発達していないという、ポーラーダストが輻射圧駆動のアウトフロー起源であることを支持する結果を得た。本成果は活動銀河核の構造の物理起源を解明する上で非常に重要な意義があると言える。特に、ポーラーダストを考慮することで、活動銀河核の赤外線放射を適切に説明することができるようになった点は非常に重要である。本成果をまとめた論文を執筆中であり、ApJに投稿予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Universidad Diego Portales(チリ)
• [国際共同研究] UNAM(メキシコ)
• [雑誌論文] Broadband X-Ray Spectral Analysis of the Dual AGN System Mrk 739 (2022)
  • 著者名/発表者名: Inaba Koki、Ueda Yoshihiro、Yamada Satoshi、Ogawa Shoji、Uematsu Ryosuke、Tanimoto Atsushi、Ricci Claudio
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 939 号: 2 ページ: 88-88
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac97ec
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Optical IFU observations of GOALS sample with KOOLS-IFU on Seimei Telescope: Initial results of nine U/LIRGs at < 0.04 (2022)
  • 著者名/発表者名: Toba Y., Yamada S., Matsubayashi K., Terao K., Moriya A., Ueda Y., Ohta K., Hashiguchi A., Himoto K. G., Izumiura H., Joh K., Kato N., Koyama S., Maehara H., Misato R., Noboriguchi A., Ogawa S., Ota N., Shibata M., Tamada N., Yanagawa A., Yonekura N., Nagao T., Akiyama M., Kajisawa M., Matsuoka Y.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 74 号: 6 ページ: 1356-1367
  • DOI: 10.1093/pasj/psac073
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 3 2022ApJ...925...55O 2022/01 quick access to full text links quick links to lists of references, citations and more quick links to data associated with this article Warm Absorbers in the Radiation-driven Fountain Model of Low-mass Active Galactic Nuclei (2022)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, S., Ueda, Y., Wada, K., Mizumoto, M.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 925 号: 1 ページ: 55-55
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac3cb9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] X-Ray Constraint on the Location of the AGN Torus in the Circinus Galaxy (2021)
  • 著者名/発表者名: Uematsu, R., Ueda, Y., et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 913 号: 1 ページ: 17-17
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abf0a2
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ポーラーダストを含む活動銀河核トーラスからの赤外線SEDモデル：近傍低質量活動銀河核との比較 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小川翔司、上田佳宏、和田桂一、山田智史、馬場俊介、工藤祐己
  • 学会等名: 日本天文学会 2023年春季年会
• [学会発表] Updated Unified Picture of Active Galactic Nucleus Structure Revealed by X-Ray and Infrared Observations and Radiative Transfer Simulations (2023)
  • 著者名/発表者名: 小川翔司
  • 学会等名: 第22回高宇連研究会「高エネルギー宇宙物理ミッションの現状から近未来を考える」＋「高宇連博士論文発表会」
• [学会発表] Systematic Study of AGN Clumpy Tori with Broadband X-Ray Spectroscopy: Updated Unified Picture of AGN Structure (2022)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Shoji、Ueda Yoshihiro、Tanimoto Atsushi、Yamada Satoshi
  • 学会等名: Torus 2022 Workshop Smoke and Mirrors
  • 国際学会
• [学会発表] Warm Absorbers in the Radiation-driven Fountain Model of Low-mass Active Galactic Nuclei (2022)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Shoji、Ueda Yoshihiro、Wada Keiichi、Mizumoto Misaki
  • 学会等名: What drives the growth of black holes: a decade of reflection
  • 国際学会
• [学会発表] XRISM Study on Ionized Outflows from Seyfert Galaxies (2022)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Shoji
  • 学会等名: XRISM Core-to-Core Science Workshop 2022
  • 国際学会
• [学会発表] ポーラーダストを含む活動銀河核トーラスからの赤外線SEDモデル：Circinus銀河との比較 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小川翔司、上田佳宏、和田桂一、山田智史、馬場俊介、工藤祐己
  • 学会等名: 日本天文学会 2022年秋季年会
• [学会発表] ポーラーダストを含む活動銀河核トーラスからの赤外線SEDモデル (2022)
  • 著者名/発表者名: 小川翔司
  • 学会等名: AGNミニワークショップ
• [学会発表] Warm Absorbers in the Radiation-driven Fountain Model of Low-mass Active Galactic Nuclei (2022)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Shoji、Ueda Yoshihiro、Wada Keiichi、Mizumoto Misaki
  • 学会等名: Galaxy Evolution Workshop 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 低質量AGN輻射駆動噴水モデルにおけるWarm Absorber (2022)
  • 著者名/発表者名: 小川翔司、上田佳宏、和田桂一、水本岬希
  • 学会等名: 日本天文学会 2022年春季年会
• [学会発表] Warm Absorbers in the Radiation-driven Fountain Model of Low-mass Active Galactic Nuclei (2021)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Shoji、Ueda Yoshihiro、Wada Keiichi、Mizumoto Misaki
  • 学会等名: East Asia AGN Workshop 2021
  • 国際学会