(サブ)ミリ波による合体銀河中の塵に埋もれたエネルギー源診断法の確立

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05030
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 今西 昌俊 国立天文台, 光赤外研究部, 助教 (00311176)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 超巨大ブラックホール / サブミリ波 / 赤外線銀河 / 分子ガス / 活動銀河中心核 / 星生成 / 合体銀河 / 化学組成

研究実績の概要

太陽の1000億倍以上もの光度を赤外線で放射している赤外線銀河は、強力なエネルギー源が塵の向こう側に隠されて存在する天体である。エネルギー源としては、星生成活動（活発に生成される星内部で起こる核融合反応によるエネルギー生成）、及び、活動銀河中心核（AGN）活動（超巨大ブラックホールへ物質が落ち込む際の重力エネルギーを放射に変換して明るく輝く活動）が考えられる。赤外線銀河は、赤方偏移が1を超える遠方宇宙（現在から75億年以上前の宇宙）では、宇宙全体からの赤外線放射を支配していることが分かっており、赤外線銀河という種族の塵に隠されたエネルギー源の正体を明らかにすることは、宇宙全体の塵に隠された側での星生成史、超巨大ブラックホール質量の成長の歴史の解明と密接に関係する。しかしながら、赤外線銀河では、サイズ的に小さなAGN（質量降着している超巨大ブラックホール）が塵の奥深くにすぐに埋もれてしまい、きちんと見つけ出すことが困難になるという大きな問題がある。本研究では、塵吸収の影響の小さなサブミリ波に基づく観測から、見つけるのが難しい埋もれたAGNのエネルギー的役割を見積もる独自の手法を確立させ、赤外線銀河の塵に隠された側でのAGNと星生成活動の役割を正しく理解することを目標とする。

2016年度は、私自身が研究代表者のALMAの採択課題に基づき、以下の研究成果を示すことができた。
（1）赤外線銀河 IRAS 20551-4250において、従来から言われている衝突励起に加えて、AGNがある場合に重要になる赤外線放射励起が、高密度分子ガスの回転遷移の放射に効いていることを見出した。
（2）埋もれたAGNの兆候を示す赤外線銀河では、星生成が支配的な銀河に比べて、シアン化水素（HCN）の放射が強いことを確認した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究代表者としてのALMAの観測提案が数多く採択され、2016年度は筆頭著者としての査読論文を3編出版することができた（Imanishi et al. 2016 ApJL 822 L10; Imanishi et al. 2016 ApJ 825 44; Imanishi et al. 2016 AJ 152 218）。国内外の研究者と比較しても、極めて高い活動度を示すことができたと考えられる。従って、研究は当初の計画以上に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

引き続き、これまでのALMAの観測で取得され、配送された観測データを精密に解析し、研究成果を世界に公表し続けることができるよう、最大限の努力を行う。具体的には、複数の回転遷移の分子ガス輝線の比較から、AGNに見られるシアン化水素(HCN)放射の超過が、より熱的に近い回転遷移によるのか、組成比によるのか、あるいは、赤外線放射励起が効いているのかを、赤外線銀河全般において定量的に評価したい。現在、まとめるべき論文が2編あるが、2017年度中に少なくとも1編は投稿へと持って行けるよう研究を進める。ALMA Cycle 5の観測公募にもしっかりと練った提案を出し、引き続き採択されるよう努力する。本分野で世界をリードし続けることができるよう、しっかりと着実に研究を進展させて行きたい。

次年度使用額が生じた理由

ALMAを用いた観測成果に基づく研究発表のための旅費を予定していたが、関連する国際学会が2017-2018年に多く開催される見込みとなったため、2016年分の一部を回すことにした。

次年度使用額の使用計画

Scientific Organizing Committee(SOC)、及び、招待されて参加する国際学会がそれぞれ一件ずつあるため、それに使用する。ALMAデータの簡易解析や論文作成などに主に使用するデスクトップPCも購入する計画である。

研究成果

• [国際共同研究] Princeton University Observatory/University of Massachusetts/University of Florida(U.S.A.)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Princeton University Observatory/University of Massachusetts/University of Florida
  • 他の機関数: 2
• [国際共同研究] ASIAA/National Tsing Hua University(Taiwan)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: ASIAA/National Tsing Hua University
• [国際共同研究] University ofOxford/University of Sussex(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University ofOxford/University of Sussex
• [国際共同研究] Pontificia Universidad Catolica de Chile/Gemini Observatory/Universidad Diego Portales(Chile)
  • 国名: チリ
  • 外国機関名: Pontificia Universidad Catolica de Chile/Gemini Observatory/Universidad Diego Portales
• [国際共同研究] CAB, CSIC-INTA/European Space Astronomy Centre /ESA/Instituto de Astrofisica de Canarias(Spain)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: CAB, CSIC-INTA/European Space Astronomy Centre /ESA/Instituto de Astrofisica de Canarias
  • 他の機関数: 4
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 3
• [雑誌論文] Merger-induced Shocks in the Nearby LIRG VV 114 through Methanol Observations with ALMA (2017)
  • 著者名/発表者名: Saito, Toshiki; Iono, Daisuke; Espada, Daniel; Nakanishi, Kouichiro; Ueda, Junko; Sugai, Hajime; Takano, Shuro; Yun, Min S.; Imanishi, Masatoshi; Ohashi, Satoshi; Lee, Minju; Hagiwara, Yoshiaki; Motohara, Kentaro; Kawabe, Ryohei
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 834 ページ: id. 6, 7 pp.
  • DOI: 10.3847/1538-4357/834/1/6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Clustering of Infrared-bright Dust-obscured Galaxies Revealed by the Hyper Suprime-Cam and WISE (2017)
  • 著者名/発表者名: Toba, Yoshiki; Nagao, Tohru; Kajisawa, Masaru; Oogi, Taira; Akiyama, Masayuki; Ikeda, Hiroyuki; Coupon, Jean; Strauss, Michael A.; Wang, Wei-Hao; Tanaka, Masayuki; Niida, Mana; Imanishi, Masatoshi; and 11 coauthors
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 835 ページ: id. 36, 12 pp.
  • DOI: 10.3847/1538-4357/835/1/36
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Shedding Light on the Compton-thick Active Galactic Nucleus in the Ultraluminous Infrared Galaxy UGC 5101 with Broadband X-Ray Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Oda, Saeko; Tanimoto, Atsushi; Ueda, Yoshihiro; Imanishi, Masatoshi; Terashima, Yuichi; Ricci, Claudio
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 835 ページ: id. 179, 11 pp.
  • DOI: 10.3847/1538-4357/835/2/179
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ALMA 0.1-0.2 arcsec Resolution Imaging of the NGC 1068 Nucleus: Compact Dense Molecular Gas Emission at the Putative AGN Location (2016)
  • 著者名/発表者名: Imanishi, Masatoshi; Nakanishi, Kouichiro; Izumi, Takuma
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 822 ページ: id. L10, 7pp.
  • DOI: 10.3847/2041-8205/822/1/L10
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ALMA Investigation of Vibrationally Excited HCN/HCO+/HNC Emission Lines in the AGN-Hosting Ultraluminous Infrared Galaxy IRAS 20551-4250 (2016)
  • 著者名/発表者名: Imanishi, Masatoshi; Nakanishi, Kouichiro; Izumi, Takuma
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 825 ページ: id.44, 20pp.
  • DOI: 10.3847/0004-637X/825/1/44
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ALMA HCN and HCO+ J =3-2 Observations of Optical Seyfert and Luminous Infrared Galaxies: Confirmation of Elevated HCN-to-HCO+ Flux Ratios in AGNs (2016)
  • 著者名/発表者名: Imanishi, Masatoshi; Nakanishi, Kouichiro; Izumi, Takuma
  • 雑誌名: The Astronomical Journal 巻: 152 ページ: id. 218, 39pp.
  • DOI: 10.3847/0004-6256/152/6/218
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ALMA observations of the submillimetre hydrogen recombination line from the type 2 active nucleus of NGC 1068 (2016)
  • 著者名/発表者名: Izumi, Takuma; Nakanishi, Kouichiro; Imanishi, Masatoshi; Kohno, Kotaro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 459 ページ: p.3629-3634
  • DOI: 10.1093/mnras/stw324
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subaru High-z Exploration of Low-luminosity Quasars (SHELLQs). I. Discovery of 15 Quasars and Bright Galaxies at 5.7 < z < 6.9 (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka, Yoshiki; Onoue, Masafusa; Kashikawa, Nobunari; Iwasawa, Kazushi; Strauss, Michael A.; Nagao, Tohru; Imanishi, Masatoshi; Niida, Mana; Toba, Yoshiki; Akiyama, Masayuki; and 29 coauthors
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 828 ページ: id. 26, 14 pp.
  • DOI: 10.3847/0004-637X/828/1/26
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The complex evolutionary paths of local infrared bright galaxies: a high-angular resolution mid-infrared view (2016)
  • 著者名/発表者名: Alonso-Herrero, A.; Poulton, R.; Roche, P. F.; Hernan-Caballero, A.; Aretxaga, I.; Martinez-Paredes, M.; Ramos Almeida, C.; Pereira-Santaella, M.; Diaz-Santos, T.; Levenson, N. A.; Packham, C.; Colina, L.; Esquej, P.; Gonzalez-Martin, O.; Ichikawa, K.; Imanishi, M.; Rodriguez Espinosa, J. M.; Telesco, C.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 463 ページ: p.2405-2424
  • DOI: 10.1093/mnras/stw2031
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ALMA Molecular Line Observations of the Nuclei of Ultraluminous Infrared Galaxies and Optical Seyfert Galaxies (2016)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Imanishi
  • 学会等名: Half a Decade of ALMA: Cosmic Dawns Transformed
  • 発表場所: Indian Wells (U.S.A.)
  • 年月日: 2016-09-20 – 2016-09-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ALMAによる近傍AGN NGC1068のトーラスに付随する分子ガスの検出 (2016)
  • 著者名/発表者名: 今西昌俊 (国立天文台)、中西康一郎 (国立天文台)、泉拓磨 (東京大学)
  • 学会等名: 日本天文学会 秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県・松山市）
  • 年月日: 2016-09-14 – 2016-09-16
• [学会発表] ALMA molecular gas observations of luminous infrared galaxies as a tool to scrutinize elusive deeply buried AGNs (2016)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Imanishi
  • 学会等名: Hidden Monsters : Obscured AGN and Connections to Galaxy Evolution
  • 発表場所: Dartmouth (U.S.A.)
  • 年月日: 2016-08-08 – 2016-08-12
  • 国際学会
• [学会発表] ALMA Molecular Gas Observations of Luminous Infrared Galaxies as a Tool to Scrutinize Elusive Deeply-Buried AGNs (2016)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Imanishi
  • 学会等名: Molecular Gas in Galactic Environments
  • 発表場所: Charlottesville (U.S.A.)
  • 年月日: 2016-04-04 – 2016-04-07
  • 国際学会