ミリ波帯分子線高角度分解能撮像で探る活動銀河核トーラスの内部構造

• 研究課題/領域番号: 21K03628
• 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: 大阪公立大学 (2022); 山口大学 (2021)
• 研究代表者: 澤田 聡子 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 客員研究員 (00452631)
• 研究分担者: 新沼 浩太郎 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (30434260) ; 川勝 望 呉工業高等専門学校, 自然科学系分野, 教授 (30450183)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 電波天文学 / 活動銀河核 / 電波銀河 / 分子ガストーラス / 質量降着過程 / 超巨大ブラックホール / 電波ジェット / 活動銀河中心核

研究開始時の研究の概要

活動銀河核に潜む超巨大ブラックホール (SMBH) を取り囲む「トーラス」の内部構造・運動・物理状態をミリ波超長基線干渉計 (VLBI) 観測を用いた詳細撮像によって明らかにする。そして銀河内の物質がトーラス領域から最終的にSMBHへ落下・燃料投下されていく過程を解明する。サイズがコンパクトなトーラスの撮像観測例はこれまで極めて少なく、特にその内部構造・運動・物理状態の観測情報はほぼ皆無だった。しかし応募者らが確立したミリ波VLBIによる分子吸収線観測手法により、トーラスを構成する複数の分子ガス塊の集合体の高角度分解能撮像と中心のSMBHへ降着運動の測定が可能になった。

研究実績の概要

本研究の目的は、宇宙最大級の巨大エネルギー放出を見せる活動銀河核の燃料貯蔵庫であるトーラスから降着物質が最終的にどのように中心の超巨大ブラックホールに 降着していくかという質量降着過程の解明を目指すことである。2022年度は、以下の2項目を主として推進した。
(1) 近傍電波銀河の核周領域100パーセクスケールの分子ガスの観測データ解析の完了およびそのまとめ。
(2) 近傍電波銀河の核周領域1パーセクスケールのガス分布の撮像観測の実施および観測データの解析。
(1)では、フランスのミリ波干渉計 NOEMA を用いて数天体の電波銀河の分子ガスサーベイを実施し、近傍銀河 NGC 4261 の中心100パーセク領域の HCN および HCO+ 分子輝線を初検出・初撮像に成功した。本観測から、これらの分子輝線は中心の超巨大ブラックホール周囲をとりまく回転円盤に付随することが示された。また、この円盤の質量および中心の超巨大ブラックホールの質量も導出できた。この成果は査読論文として出版した。
(2)では、東アジアVLBI観測網を用いて NGC 4261 の中心1パーセク領域を観測し、水メーザー放射のサブパーセクスケール初撮像に成功した。本観測からは、超巨大ブラックホール周囲1パーセク未満の領域では水分子ガスの運動はブラックホールの周囲を回転するのではなく、水分子ガスがむしろ中心の超巨大ブラックホールに向かって降着している様子を捉えた。この成果は既に査読論文としてまとめ、現在投稿・審査中である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

近傍電波銀河100パーセクスケールの構造を調査するための電波干渉計 NOEMA 観測のデータ解析は現在完了した。その成果は既に論文にまとめて出版済みである。現在は、近傍電波銀河1パーセクスケールの構造を調査する観測の実施および観測データ解析の段階に進んでいる。このうち、NGC4261 の観測データ解析が完了し、現在論文投稿中である。さらに別の近傍電波銀河の観測データ解析を開始しており、良好な観測データが取得できていることを既に確認済みである。以上、計画が予定通りに進展していると判断する。

今後の研究の推進方策

近傍電波銀河 NGC 4261 の観測の成果をまとめることができたので、2023年度は対象天体を別の電波銀河に変え、NGC 4261 と同様の手法で観測を実施し、データ解析に力を注ぐ。当初予定していた観測天体に加え、新たに観測対象天体を数天体追加して観測することも検討する。

研究成果

• [国際共同研究] Joint ALMA Observatory(チリ)
• [国際共同研究] 韓国天文研究院/ソウル国立大学(韓国)
• [国際共同研究] 韓国天文研究院 (KASI)/ソウル国立大学 (SNU)(韓国)
• [国際共同研究] Joint ALMA Observatory(チリ)
• [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 321GHz water maser emission in the radio galaxy NGC1052 (2023)
  • 著者名/発表者名: Kameno Seiji、Harikane Yuichi、Sawada-Satoh Satoko、Sawada Tsuyoshi、Saito Toshiki、Nakanishi Kouichiro、Humphreys Elizabeth
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 75 号: 2 ページ: L1-L5
  • DOI: 10.1093/pasj/psad011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] HINOTORI and Its Perspectives in the Black-Hole Jet Study (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsutsumi Toshihisa、Niinuma Kotaro、Imai Hiroshi、Amari Ryoko、Shimizu Yusuke、Ogawa Hideo、Nishimura Atsushi、Miyazawa Chieko、Oyama Tomoaki、Kaneko Hiroyuki、Nakashima Keisuke、Sawada-Satoh Satoko、Aoki Takahiro
  • 雑誌名: Galaxies 巻: 11 号: 1 ページ: 30-30
  • DOI: 10.3390/galaxies11010030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Probing the Jet?Torus Interaction in the Radio Galaxy NGC 1052 by Sulfur-bearing Molecules (2023)
  • 著者名/発表者名: Kameno Seiji、Sawada-Satoh Satoko、Impellizzeri C. M. Violette、Kohno Kotaro、Mart?n Sergio、Espada Daniel、Nakai Naomasa、Sugai Hajime、Terashima Yuichi、Lee Minju M.、Kawakatu Nozomu
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 944 号: 2 ページ: 156-156
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acb499
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of a bright burst from the repeating fast radio burst 20201124A at 2GHz (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikebe Sota、Takefuji Kazuhiro、Terasawa Toshio、Eie Sujin、Akahori Takuya、Murata Yasuhiro、Hashimoto Tetsuya、Kisaka Shota、Honma Mareki、Yoshiura Shintaro、Suzuki Syunsaku、Oyama Tomoaki、Sekido Mamoru、Niinuma Kotaro、Takeuchi Hiroshi、Yonekura Yoshinori、Enoto Teruaki
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 75 号: 1 ページ: 199-207
  • DOI: 10.1093/pasj/psac101
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Yamaguchi Interferometer (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa, Kenta; Aoki, Takahiro; Kanazawa, Sho; Akimoto, Masanori; Ogura, Tatsuya; Mori, Kurena; Niinuma, Kotaro; Motogi, Kazuhito; Sawada-Satoh, Satoko et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 74 号: 6 ページ: 1415-1420
  • DOI: 10.1093/pasj/psac078
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Circumnuclear dense gas disk fuelling the active galactic nucleus in the nearby radio galaxy NGC 4261 (2022)
  • 著者名/発表者名: Sawada-Satoh Satoko、Kameno Seiji、Trippe Sascha
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 664 ページ: L11-L11
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202244047
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Wide and Deep Exploration of Radio Galaxies with Subaru HSC (WERGS). IX. The most overdense region at <i>z</i> ? 5 inhabited by a massive radio galaxy (2022)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama Hisakazu、Yamashita Takuji、Nagao Tohru、Ono Yoshiaki、Toshikawa Jun、Ichikawa Kohei、Kawakatu Nozomu、Kajisawa Masaru、Toba Yoshiki、Matsuoka Yoshiki、Kubo Mariko、Imanishi Masatoshi、Ito Kei、Kawaguchi Toshihiro、Lee Chien-Hsiu、Saito Tomoki
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 74 号: 6 ページ: 27-32
  • DOI: 10.1093/pasj/psac075
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Wide and Deep Exploration of Radio Galaxies with Subaru HSC (WERGS). VII. Redshift Evolution of Radio Galaxy Environments at z = 0.3?1.4 (2022)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama Hisakazu、Yamashita Takuji、Nagao Tohru、Ichikawa Kohei、Toba Yoshiki、Ishikawa Shogo、Kubo Mariko、Kajisawa Masaru、Kawaguchi Toshihiro、Kawakatu Nozomu、Lee Chien-Hsiu、Noboriguchi Akatoki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 934 号: 1 ページ: 68-68
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac77ee
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Wide and Deep Exploration of Radio Galaxies with Subaru HSC (WERGS). VI. Distant Filamentary Structures Pointed Out by High-z Radio Galaxies at z ? 4 (2022)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama Hisakazu、Yamashita Takuji、Toshikawa Jun、Kashikawa Nobunari、Ichikawa Kohei、Kubo Mariko、Ito Kei、Kawakatu Nozomu、Nagao Tohru、Toba Yoshiki、Ono Yoshiaki、Harikane Yuichi、Imanishi Masatoshi、Kajisawa Masaru、Lee Chien-Hsiu、Liang Yongming
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 926 号: 1 ページ: 76-76
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac441c
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Intrinsic Structure of Sagittarius A* at 1.3 cm and 7 mm (2022)
  • 著者名/発表者名: Cho Ilje、Zhao Guang-Yao、Kawashima Tomohisa、Kino Motoki、Akiyama Kazunori、Johnson Michael D.、Issaoun Sara、Moriyama Kotaro、Cheng Xiaopeng、Algaba Juan-Carlos、Jung Taehyun、Sohn Bong Won、Krichbaum Thomas P.、Wielgus Maciek、Hada Kazuhiro、他51名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 926 号: 2 ページ: 108-108
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac4165
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Massive Molecular Gas as a Fuel Tank for Active Galactic Nuclei Feedback in Central Cluster Galaxies (2022)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Fujita, Nozomu Kawakatu Nozomu, and Hiroshi Nagai
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 924 号: 1 ページ: 24-24
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac31a6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Broadband Multi-wavelength Properties of M87 during the 2017 Event Horizon Telescope Campaign (2021)
  • 著者名/発表者名: EHT Multi-wavelength Science Working Group et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 911 号: 1 ページ: L11-L11
  • DOI: 10.3847/2041-8213/abef71
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] East Asian VLBI Network observations of active galactic nuclei jets: imaging with KaVA+Tianma+Nanshan (2021)
  • 著者名/発表者名: Cui Yu-Zhu、Hada Kazuhiro、他75名
  • 雑誌名: Research in Astronomy and Astrophysics 巻: 21 号: 8 ページ: 205-205
  • DOI: 10.1088/1674-4527/21/8/205
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Variability of Late-time Radio Emission in the Superluminous Supernova PTF10hgi (2021)
  • 著者名/発表者名: Hatsukade B.、Tominaga N.、Morokuma T.、Morokuma-Matsui K.、Tamura Y.、Niinuma K.、Hayashi M.、Matsuda Y.、Motogi K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 911 号: 1 ページ: L1-L1
  • DOI: 10.3847/2041-8213/abef03
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Morphological Transition of the Compact Radio Lobe in 3C 84 via the Strong Jet-Cloud Collision (2021)
  • 著者名/発表者名: Kino Motoki、Niinuma Kotaro、Kawakatu Nozomu、Nagai Hiroshi、Giovannini Gabriele、Orienti Monica、Wajima Kiyoaki、D’Ammando Filippo、Hada Kazuhiro、Giroletti Marcello、Gurwell Mark
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 920 号: 1 ページ: L24-L24
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac24fa
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A VLA Survey of Late-time Radio Emission from Superluminous Supernovae and the Host Galaxies (2021)
  • 著者名/発表者名: Hatsukade Bunyo、Tominaga Nozomu、Morokuma Tomoki、Morokuma-Matsui Kana、Matsuda Yuichi、Tamura Yoichi、Niinuma Kotaro、Motogi Kazuhiro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 922 号: 1 ページ: 17-17
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac20d5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multiwavelength study of the gravitationally lensed blazar QSO B0218+357 between 2016 and 2020 (2021)
  • 著者名/発表者名: MAGIC Collaboration, Hada Kazuhiro, 他17名
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 510 号: 2 ページ: 2344-2362
  • DOI: 10.1093/mnras/stab3454
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Diffuse Synchrotron Emission Associated with the Starburst in the Circumnuclear Disk of NGC 1275 (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagai H.、Kawakatu N.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 914 号: 1 ページ: L11-L11
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ac03ba
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nature of inflows and outflows in AGNs (2020)
  • 著者名/発表者名: Wada, Keiichi; Kudoh, Yuki; Yutani, Naomichi; Kawakatu, Nozomu
  • 雑誌名: Galaxy Evolution and Feedback across Different Environments. Proceedings of the International Astronomical Union 巻: 359 号: S359 ページ: 297-306
  • DOI: 10.1017/s1743921320004251
  • オープンアクセス
• [学会発表] Water masers associated with AGN in radio galaxies (2023)
  • 著者名/発表者名: Satoko Sawada-Satoh
  • 学会等名: Cosmic Masers: Proper Motion toward the Next-Generation Large Projects (International Astronomical Union Symposium 380)
  • 国際学会
• [学会発表] 高角分解能観測が暴く近傍電波銀河の質量降着過程 (2023)
  • 著者名/発表者名: 澤田-佐藤 聡子
  • 学会等名: ブラックホールジェット・降着円盤・円盤風研究会 2023
• [学会発表] AGNサブパーセク領域の構造と運動 (2023)
  • 著者名/発表者名: 澤田-佐藤 聡子
  • 学会等名: ngVLAサイエンスワーキンググループ合同会合
  • 招待講演
• [学会発表] SKAJ 技術検討班活動報告：日本の技術的貢献の可能性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 新沼浩太郎
  • 学会等名: SKA Japanワークショップ2022
  • 招待講演
• [学会発表] High energy blazar study by JVN and EAVN (2023)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Niinuma
  • 学会等名: Black hole astrophysics with VLBI 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高密度分子ガスの高角分解能観測で明らかにする活動銀河核質量降着の現場 (2022)
  • 著者名/発表者名: 澤田-佐藤 聡子
  • 学会等名: VLBI懇談会シンポジウム 2022
• [学会発表] Circumnuclear dense molecular gas in the nearby radio galaxy NGC 4261 (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoko Sawada-Satoh
  • 学会等名: TORUS 2022 Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 近傍電波銀河 NGC 4261 の 100-pc スケール高密度ガス円盤 (2022)
  • 著者名/発表者名: 澤田-佐藤 聡子, 亀野誠二, Sascha Trippe
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] ガンマ線バーストGRB221009AのJVN少数基線追観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 新沼 浩太郎
  • 学会等名: VLBI懇談会シンポジウム 2022
• [学会発表] コクーン膨張力学から探る3C84ミニジェットのパワーとプラズマ組成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 川勝 望
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] 冷たいガスを軸とした銀河団中心銀河での AGN feedback (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤田裕，川勝望，永井洋
  • 学会等名: 日本天文学会2022年春季年会
• [学会発表] A Wide and Deep Exploration of Radio Galaxies with Subaru HSC (WERGS): z = 0.3 － 1.4 の電波銀河周辺環境の統計的理解 (2022)
  • 著者名/発表者名: 内山 久和, 山下 拓時, 長尾 透, 久保 真理子, 鍛冶澤 賢, 市川 幸平, 登口 暁, 鳥羽 儀樹, 石川 将吾, 川口 俊宏, 川勝 望, Chien-Hsiu Lee
  • 学会等名: 日本天文学会2022年春季年会
• [学会発表] ダスト昇華半径周辺における輻射駆動アウトフロー (2021)
  • 著者名/発表者名: 工藤祐己, 和田桂一, 川勝望, 野村真理子
  • 学会等名: 日本天文学会2021秋季年会
• [学会発表] NGC1068のALMA高空間分解能観測: 逆回転する高密度分子トーラスの発見 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今西昌俊、Dieu D. Nguyen、井口聖、泉拓磨、中西康一郎、和田桂一、萩原喜昭、川勝望、大西響子
  • 学会等名: 日本天文学会2021秋季年会
• [学会発表] 電波銀河 NGC 1052 における SO 吸収線による分子ガストーラスの温度計測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 亀野 誠二, 澤田-佐藤 聡子
  • 学会等名: 日本天文学会2021秋季年会
• [学会発表] NGC 1275 核周円盤における超新星爆発起源の電波放射の発見 (2021)
  • 著者名/発表者名: 永井 洋, 川勝 望
  • 学会等名: 日本天文学会2021秋季年会
• [学会発表] ジェット・ガス雲衝突で誘発された 3C84 電波ローブの FR II/FR I 遷移 (2021)
  • 著者名/発表者名: 紀基樹, 新沼浩太郎, 川勝望, 永井洋, G. Giovannini, M. Orienti, 輪島清昭, F. D’Ammando, 秦和弘, M. Giroletti, M. Gurwell
  • 学会等名: 日本天文学会2021秋季年会
• [学会発表] 高萩 / 日立 32 m 電波望遠鏡の整備状況 2021B (2021)
  • 著者名/発表者名: 米倉覚則, 田辺義浩, 岩田悠平, 伊藤美穂, 高木奏人, 永野稜大, 百瀬宗武, 知念翼, 増井翔, 山崎康正, 小川英夫, 元木業人, 新沼浩太郎, 藤沢健太, 須藤広志, 久野成夫, 中川亜紀治, 本間希樹, 小林秀行, 他大学間連携 VLBI group
  • 学会等名: 日本天文学会2021秋季年会
• [学会発表] 那須電波干渉計によって観測された Cygnus X-3 の巨大フレア (2) (2021)
  • 著者名/発表者名: 坪野公夫, 大師堂経明, 遊馬邦之, 岳藤一宏, 新沼浩太郎
  • 学会等名: 日本天文学会2021秋季年会
• [学会発表] Slow Radio Transients in the SKA era (2021)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Niinnuma
  • 学会等名: East Asia SKA Workshop 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 短時間電波トランジェントで挑む 宇宙の進化史 - 突発天体研究の常識を変えるSKA (2021)
  • 著者名/発表者名: 新沼浩太郎
  • 学会等名: Japan SKA Consortium Science Strategy Workshop 2021
  • 招待講演
• [学会発表] Time domain studies with next generation radio interferometers (2021)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Niinuma
  • 学会等名: Linking the science of large interferometers in the 2030s
  • 招待講演
• [学会発表] 活動銀河核pc/sub-pcスケールの質量降着 (2021)
  • 著者名/発表者名: 澤田-佐藤 聡子
  • 学会等名: ALMA workshop 2021「ALMAによる ミリ波/サブミリ波VLBIのサイエンス」
  • 招待講演