X線精密分光観測と赤外線高空間分解能観測で探る合体銀河中のアウトフローの物理機構

• 研究課題/領域番号: 22K20391
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0204:天文学、地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 山田 智史 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 基礎科学特別研究員 (90963520)
• 研究期間 (年度): 2022-08-31 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: X線天文学 / 赤外線天文学 / 超巨大ブラックホール / 活動銀河核 / 赤外線銀河

研究開始時の研究の概要

銀河とその中心の超巨大ブラックホール(Supermassive Black Hole; SMBH)は単調に成長するのではなく、銀河同士の合体とそれに伴うSMBHへの質量降着により急激に成長する。両者の進化過程を知るには、銀河の合体時に起きる物理現象を観測する必要があるが、ガスやダストに深く覆われて観測することが難しい。そこで本研究は、透過力の高いX線と赤外線の観測により、合体銀河中のSMBH周辺の物理環境、特にSMBH近傍から噴出するアウトフローの構造や強度を調べる。2023年から稼働するXRISM衛星によるX線精密分光観測やTAO望遠鏡による高空間分解能な赤外線観測により、アウトフローの速度と質量を調べ、合体時の進化過程の全貌の解明に迫る。

研究成果の概要

本研究の目的は、銀河とその中心の巨大ブラックホールの両者の形成過程に関わる、アウトフローの物理の解明である。初年度はX線から電波までの多波長放射モデルを開発した。近傍84天体の合体銀河からアウトフローのダスト放射を抽出し、合体が進むとアウトフローが卓越する描像を系統的に示すことに初めて成功した。過去20年のX線観測から世界最大規模のアウトフローカタログも構築した。さらに、JAXAが主導するX線衛星XRISMの開発を行い、2023年9月に打上げが成功した。従来の30倍のエネルギー分解能を持つ革新的なデータが毎日のように得られ、現在もXRISM衛星の初期観測データによる成果創出に取り組んでいる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

銀河と中心のブラックホールの大きさは10桁も異なるが、両者の質量に強い相関があり、これらを繋ぐ物理が未解明である。その候補であるアウトフローの構造を解明するには、ドップラー効果を受けた輝線や吸収線でその運動を測定することが鍵となる。共同開発したXRISM衛星の打上げの成功により、かつてない精度でアウトフローの運動やエネルギーを測定できる時代が到来した。我々は多波長データモデルの構築、及び、網羅的なX線アウトフロー探査を行い、アウトフロー構造に強い制限を与えた。XRISMの観測も毎日行われ、ブラックホール近傍での物質運動が解明されつつあり、今後は宇宙形成の理解に一層大きな進展を与えられるだろう。

研究成果

• [国際共同研究] ディエゴ・ポルタレス大学/チリ・カトリック大学/アントファガスタ大学(チリ)
• [国際共同研究] NASA/GSFC/フロリダ大学/カリフォルニア工科大学(米国)
• [国際共同研究] ケンブリッジ大学/サウサンプトン大学/ダラム大学(英国)
• [国際共同研究] INAF/ローマ・トレ大学(イタリア)
• [国際共同研究] 北京大学/ASIAA/国立清華大学(中国)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] ディエゴ・ポルタレス大学(チリ)
• [国際共同研究] メキシコ国立自治大学(メキシコ)
• [国際共同研究] 北京大学/紫金山天文台(中国)
• [国際共同研究] Cosmic Dawn Center/コペンハーゲン大学/デンマーク大学(デンマーク)
• [国際共同研究] グラナダ大学(スペイン)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Probing the origin of the two-component structure of broad-line region by reverberation mapping of an extremely variable quasar (2024)
  • 著者名/発表者名: Nagoshi Shumpei、Iwamuro Fumihide、Yamada Satoshi、Ueda Yoshihiro、Oikawa Yuto、Otsuka Masaaki、Isogai Keisuke、Mineshige Shin
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 529 号: 1 ページ: 393-408
  • DOI: 10.1093/mnras/stae319
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA Lensing Cluster Survey: Full Spectral Energy Distribution Analysis of z < 0.5-6 Lensed Galaxies Detected with millimeter Observations (2024)
  • 著者名/発表者名: Uematsu Ryosuke、Ueda Yoshihiro、Kohno Kotaro、Toba Yoshiki、Yamada Satoshi、Smail Ian、Umehata Hideki、Fujimoto Seiji、Hatsukade Bunyo、Ao Yiping、Bauer Franz Erik、Brammer Gabriel、Dessauges-Zavadsky Miroslava、Espada Daniel、Jolly Jean-Baptiste、Koekemoer Anton M.、Kokorev Vasily、Magdis Georgios E.、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 965 号: 2 ページ: 108-128
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad26f7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] [O IV]- and [Ne V]-weak Active Galactic Nuclei Hidden by Compton-thick Material in Late Mergers (2024)
  • 著者名/発表者名: Yamada Satoshi、Ueda Yoshihiro、Kawamuro Taiki、Ricci Claudio、Toba Yoshiki、Imanishi Masatoshi、Miyaji Takamitsu、Tanimoto Atsushi、Ichikawa Kohei、Herrera-Endoqui Martin、Ogawa Shoji、Uematsu Ryosuke、Wada Keiichi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 965 号: 2 ページ: 153-162
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad2936
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] X-ray Winds In Nearby-to-distant Galaxies (X-WING) - I: Legacy Surveys of Galaxies with Ultrafast Outflows and Warm Absorbers in z ~ 0-4 (2024)
  • 著者名/発表者名: Yamada Satoshi、Kawamuro Taiki、Mizumoto Misaki、Ricci Claudio、Ogawa Shoji、Noda Hirofumi、Ueda Yoshihiro、Enoto Teruaki、Kokubo Mitsuru、Minezaki Takeo、Sameshima Hiroaki、Horiuchi Takashi、Mizukoshi Shoichiro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series (in press) 巻: (in press)
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hard X-Ray to Radio Multiwavelength SED Analysis of Local U/LIRGs in the GOALS Sample with a Self-consistent AGN Model including a Polar-dust Component (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamada Satoshi、Ueda Yoshihiro、Herrera-Endoqui Mart?n、Toba Yoshiki、Miyaji Takamitsu、Ogawa Shoji、Uematsu Ryosuke、Tanimoto Atsushi、Imanishi Masatoshi、Ricci Claudio
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 265 号: 2 ページ: 37-37
  • DOI: 10.3847/1538-4365/acb349
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Coevolution and Nuclear Structure in the Dwarf Galaxy POX 52 Studied by Multiwavelength Data from Radio to X-Ray (2023)
  • 著者名/発表者名: Kawamuro Taiki、Ricci Claudio、Yamada Satoshi、Noda Hirofumi、Li Ruancun、Temple Matthew J.、Tortosa Alessia
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 960 号: 1 ページ: 15-15
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad0972
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] BASS. XLII. The Relation between the Covering Factor of Dusty Gas and the Eddington Ratio in Nearby Active Galactic Nuclei (2023)
  • 著者名/発表者名: Ricci C.、Ichikawa K.、Stalevski M.、Kawamuro T.、Yamada S.、Ueda Y.、Mushotzky R.、Privon G. C.、Koss M. J.、Trakhtenbrot B.、Fabian A. C.、Ho L. C.、Asmus D.、Bauer F. E.、Chang C. S.、Gupta K. K.、Oh K.、Powell M.、Pfeifle R. W.、Rojas A.、Ricci F.、Temple M. J.、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 959 号: 1 ページ: 27-36
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad0733
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] AGN number fraction in galaxy groups and clusters at z > 1.4 from the Subaru Hyper Suprime-Cam survey (2023)
  • 著者名/発表者名: Hashiguchi Aoi、Toba Yoshiki、Ota Naomi、Oguri Masamune、Okabe Nobuhiro、Ueda Yoshihiro、Imanishi Masatoshi、Yamada Satoshi、Goto Tomotsugu、Koyama Shuhei、Lee Kianhong、Mitsuishi Ikuyuki、Nagao Tohru、Nishizawa Atsushi J、Noboriguchi Akatoki、Oogi Taira、Sakuta Koki、Schramm Malte、et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 75 号: 6 ページ: 1246-1261
  • DOI: 10.1093/pasj/psad066
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Broad-band X-ray spectral study of nuclear structure in local obscured radio galaxies (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakatani Yuya、Ueda Yoshihiro、Ricci Claudio、Inaba Koki、Ogawa Shoji、Setoguchi Kenta、Uematsu Ryosuke、Yamada Satoshi、Yoshitake Tomohiro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 523 号: 4 ページ: 6239-6249
  • DOI: 10.1093/mnras/stad1836
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Narrow Fe?Kα Reverberation Mapping Unveils the Deactivated Broad-line Region in a Changing-look Active Galactic Nucleus (2023)
  • 著者名/発表者名: Noda Hirofumi、Mineta Taisei、Minezaki Takeo、Sameshima Hiroaki、Kokubo Mitsuru、Kawamuro Taiki、Yamada Satoshi、Horiuchi Takashi、Matsumoto Hironori、Watanabe Makoto、Morihana Kumiko、Itoh Yoichi、Kawabata Koji S.、Fukazawa Yasushi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 943 号: 1 ページ: 63-63
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aca963
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ALMA Lensing Cluster Survey: Properties of Millimeter Galaxies Hosting X-Ray-detected Active Galactic Nuclei (2023)
  • 著者名/発表者名: Uematsu Ryosuke、Ueda Yoshihiro、Kohno Kotaro、Yamada Satoshi、Toba Yoshiki、Fujimoto Seiji、Hatsukade Bunyo、Umehata Hideki、Espada Daniel、Sun Fengwu、Magdis Georgios E.、Kokorev Vasily、Ao Yiping
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 945 号: 2 ページ: 121-121
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acb4e9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NuSTAR Observations of 52 Compton-thick Active Galactic Nuclei Selected by the Swift/Burst Alert Telescope All-sky Hard X-Ray Survey (2022)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto Atsushi、Ueda Yoshihiro、Odaka Hirokazu、Yamada Satoshi、Ricci Claudio
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 260 号: 2 ページ: 30-30
  • DOI: 10.3847/1538-4365/ac5f59
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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
• [学会発表] X-ray Winds in Nearby-to-distant Galaxies (X-WING) - I: Legacy Surveys of Galaxies with Warm Absorbers and UFOs in z ~ 0-4 (2024)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yamada
  • 学会等名: The 2nd XRISM Community Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] [O IV] and [Ne V]-weak AGNs Hidden by Compton-thick Material in Late Mergers (2024)
  • 著者名/発表者名: 山田 智史
  • 学会等名: 日本天文学会2024年春季年会
• [学会発表] X-ray Weak AGNs Hosting Rapidly Growing Black Holes and Massive Outflows in Late-stage Mergers (2023)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yamada
  • 学会等名: East-Asia AGN Workshop 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 多波長放射を用いたU/LIRGが持つAGNの探査法 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山田 智史
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] AGN Outflowの多スケール構造とFeedback (2023)
  • 著者名/発表者名: 山田 智史
  • 学会等名: 微細構造線研究会2023
• [学会発表] 合体末期の銀河が持つ[O IV]/[Ne V]-weak AGNの構造 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山田 智史
  • 学会等名: 基盤Aミニワークショップ
• [学会発表] 合体銀河中で急成長する塵に埋もれた巨大ブラックホール (2023)
  • 著者名/発表者名: 山田 智史
  • 学会等名: 山田研究会「宇宙における降着現象; 活動性・多様性の源」
• [学会発表] Comprehensive Multiwavelength Studies of Local U/LIRGs observed with NuSTAR and/or Swift/BAT (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yamada
  • 学会等名: What drives the growth of black holes: a decade of reflection
  • 国際学会
• [学会発表] Hard X-Ray to Radio Multiwavelength SED Analysis of Local U/LIRGs in GOALS Sample with Self-consistent AGN Model Including Polar-dust Component (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yamada
  • 学会等名: Tracing the SMBH growth: outlook beyond the HSC-SSP, and future collaborations
  • 国際学会
• [学会発表] Latest Picture of Torus and Polar Dust in Merging Galaxies Revealed by Hard X-ray to Radio Multiwavelength Analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yamada
  • 学会等名: Torus 2022 Workshop Smoke and Mirrors
  • 国際学会
• [学会発表] Hard X-ray to Radio Multiwavelength SED Analysis of Local U/LIRGs with Self-consistent AGN Model Including Polar-dust Component (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yamada
  • 学会等名: The 9th Galaxy Evolution Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Multiwavelength Study of Galaxy-Supermassive Black Hole Coevolution in Galaxy Mergers (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yamada
  • 学会等名: ISAS Astrophysics Colloquia
  • 招待講演
• [学会発表] Multiwavelength Study of Galaxy and Supermassive Black Hole Growth in Galaxy Mergers (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yamada
  • 学会等名: Monthly Seminar
  • 招待講演
• [学会発表] ポーラーダスト成分を含めたAGNモデルによる超/高光度赤外線銀河の多波長SED解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山田 智史
  • 学会等名: AGNミニワークショップ
• [学会発表] 多波長観測による超/高光度赤外線銀河が持つX 線で暗い活動銀河核の調査 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山田 智史
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] JEDI Deep Survey of high-z AGNs (2022)
  • 著者名/発表者名: 山田 智史
  • 学会等名: AGN/コンパクト（広帯域）SG ミーティング
• [学会発表] JEDI Strategy: Obscured AGNs and dual AGNs (2022)
  • 著者名/発表者名: 山田 智史
  • 学会等名: AGN/コンパクト（広帯域）SG ミーティング
• [学会発表] X線分光撮像衛星XRISMの観測データ処理ツールの開発状況 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山田 智史
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] ポーラーダストを考慮した多波長データ解析で探る合体銀河中の共進化過程 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山田 智史
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会