X線精密分光とスペクトル変動観測による巨大ブラックホールと銀河の共進化の研究

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05296
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 寺島 雄一 愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 教授 (20392813)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: X線分光 / ブラックホール

研究実績の概要

本研究課題では、X線分光観測を主要な手段として、巨大ブラックホールとその周辺環境(銀河や銀河団)との相互作用、および巨大ブラックホールと銀河の共進化を理解することを目指している。
まず、「ひとみ」衛星による精密X線分光観測で、ペルセウス座銀河団中心にあるNGC 1275銀河中心核からのジェットが周辺(銀河団をみたす高温ガス)に与える影響を調べた。その結果、速度分散にして164+/-10 km/sという予想をはるかに下回る運動状態であることがわかった。これは、母銀河を超えた大きな空間スケールでは、ジェットが大きな擾乱を起こしていないことを示している。また、NGC 1275中心核そのもののX線精密分光データの解析も進行中である。
次に、活動銀河中心核(巨大ブラックホール)のX線広帯域分光により、ブラックホール周辺の吸収体の構造の系統的調査を進めた。それにより光度が小さい天体は吸収物質の広がりが小さいか吸収物質があまり存在しない一方で、光度が中程度ではより発達した吸収体が存在していることがわかった。また、可視光とX線サーベイデータを組み合わせ、巨大ブラックホールと銀河との共進化段階を調査するための活動銀河サンプルも構築しつつある。その結果、大光度で視線上の物質によるX線吸収がそれほど大きくないが、紫外線や可視光が大きく減光されている種族が多数見つかった。ここまでの成果は査読論文として掲載済みまたは投稿済みである。これらを踏まえて、様々な種族の巨大ブラックホールについて、その母銀河との関係の調査を進めつつある。

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

まず、「ひとみ」衛星によりペルセウス座銀河団はじめいくつかの天体について精密X線分光観測データが得られた。初年度は、ペルセウス座銀河団中の銀河団ガスに見られる活動銀河核ジェットの影響の観点で解析、成果発表を行った。ペルセウス座銀河団中心の巨大ブラックホールを持つ活動銀河NGC 1275のX線精密分光データの解析も進行中であり、ブラックホール周辺物質の運動状態と、母銀河との関係という、本研究課題の主要課題の一つについて成果が得られつつある。また、巨大ブラックホールからの物質流、それによるブラックホール周辺からの光の吸収を観測を通じて、巨大ブラックホールと母銀河の共進化過程を理解する上で、様々な状況(中心核の明るさ、周辺物質の量、母銀河の性質)をカバーするサンプルの構築と系統的研究が必要である。このために、これまでに得られたX線データや可視光赤外線データも組み合わせた、天体探索とデータ解析を進めてきている。「ひとみ」衛星によるブラックホール噴出流の観測データは限られたものであるが、得られたデータについては確実に解析が進行中であり、成果を発表できる見込みである。また、研究実施計画に記述したように、既存の大量のデータも併用することで、本研究課題を遂行していくことができる見込みを得ている。

今後の研究の推進方策

まず、「ひとみ」衛星によるX線精密観測データのうち、ペルセウス座銀河団中心のNGC 1275銀河の巨大ブラックホール周辺構造の理解を目指した解析をさらに進め、成果を発表する。また、巨大ブラックホールと観測者の間の視線上の物質による吸収に着目した、巨大ブラックホール-母銀河共進化理解のためのサンプル構築をさらに進める。特に、当初の計画通り、巨大ブラックホールのX線強度と周辺物質による吸収量の変動を調べることで、ブラックホール周辺構造の研究を進める。順調に進めば、変動データの理解のための、数値シミュレーションの開発にも着手する。さらに、共進化の理解のためには、母銀河の性質を調べる必要もあるため、可視光や赤外線のデータも併用し母銀河の性質についても調査検討を進める。「ひとみ」衛星によるブラックホール噴出流のX線精密分光観測データは限られたものであることから、他のX線観測衛星による大量のデータの蓄積をより生かす形のサンプル構築とデータ解析を行うことで、できるかぎり共進化過程の理解にせまることを計画している。また、「ひとみ」衛星のデータのうち熱的プラズマ放射の分光データの詳細な解析は、本研究の目標の一つであるブラックホール噴出流のエネルギーが熱化されたプラズマの探索の基礎になるものであり、今後進めていく予定である。

次年度使用額が生じた理由

購入したデータストレージ容量が当該年度の研究遂行に十分だったため。

次年度使用額の使用計画

次年度以降に解析する観測データ保持のための、データストレージの追加費用とする。

研究成果

• [国際共同研究] NASA Goddard Space Flight Center/University of Maryland/Princeton University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASA Goddard Space Flight Center/University of Maryland/Princeton University
• [国際共同研究] University of Cambridge(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Cambridge
• [国際共同研究] SRON(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: SRON
• [国際共同研究] Pontificia Universidad Catolica de Chile(チリ)
  • 国名: チリ
  • 外国機関名: Pontificia Universidad Catolica de Chile
• [国際共同研究] Academia Sinica(中華民国)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: Academia Sinica
• [雑誌論文] Clustering of Infrared-bright Dust Obscured Galaxies Revealed by the Hyper Supime-Cam and WISE (2017)
  • 著者名/発表者名: Toba, Y., Nagao, T., Kajisawa, M., Oogi, T., Akiyama, M., Ikeda, H., Coupon, J., Strauss, M. A., Wang, W.-H., Tanaka, M., Niida, M., Noboriguchi, A., Imanishi, M., Lee, C.-H., Matsuhara, H., Matsuoka, Y., Onoue, M., Terashima, Y., Ueda, Y., Harikane, Y., Komiyama, Y., Miyazaki, S., & Usuda, T.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 835 ページ: 36 (12pp)
  • 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, S., Tanimoto, A., Ueda, Y., Imanishi, M., Terashima, Y., & Ricci, C.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 835 ページ: 179 (11pp)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/835/2/179
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hitomi Constraints on the 3.5 keV Line in the Perseus Galaxy Cluster (2017)
  • 著者名/発表者名: Aharonian, F. A. et al. (215 authors)
  • 雑誌名: The Astrohysical Journal Letters, 巻: 837 ページ: L15 (9pp)
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aa61fa
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Suzaku Observations of Moderately Obscured (Compton-thin) Active Galactic Nuclei Selected by Swift/BAT Hard X-ray Survey (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawamuro, T., Ueda, Y., Tazaki, F., Ricci, C., & Terashima, Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 225 ページ: 14 (23pp)
  • DOI: 10.3847/0067-0049/225/1/14
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The quiescent intracluster medium in the core of the Perseus cluster (2016)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Collaboration, (215 authors)
  • 雑誌名: Nature 巻: 535 ページ: 117-121
  • DOI: 10.1038/nature18627
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The ASTRO-H (Hitomi) x-ray astronomy satellite (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, T., (269 authors)
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 9905 ページ: 99050U (17pp)
  • DOI: 10.1117/12.2232379
  • 国際共著
• [雑誌論文] Study of Swift/Bat Selected Low-luminosity Active Galactic Nuclei Observed with Suzaku (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawamuro, T., Ueda, Y., Tazaki, F., Terashima, Y., & Mushotzky, R.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 831 ページ: 37 (16pp)
  • DOI: 10.3847/0004-637X/831/1/37
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] AGNフィードバックのX線観測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 寺島雄一
  • 学会等名: 超巨大ブラックホール研究推進連絡会第４回ワークショップ
  • 発表場所: 東京大学天文学教育研究センター(東京都三鷹市)
  • 年月日: 2016-12-10
  • 招待講演
• [学会発表] 超高光度赤外線銀河 UGC 5101 の広帯域X線スペクトル解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小田紗映子, 上田佳宏, 谷本 敦, 今西昌俊, 寺島雄一, Ricci, C.
  • 学会等名: 日本天文学会2016年秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学城北キャンパス（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] 硬X線(>10 keV) 選択された適度に吸収を受けた活動銀河核の『すざく』による広帯域X線スペクトルの系統的解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川室太希, 上田佳宏, 田崎文得, Ricci, C., 寺島雄一
  • 学会等名: 日本天文学会2016年秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学城北キャンパス（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] XMM-Newton 衛星で検出されたスーパーフレア星候補天体 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中村優美子, 坪井陽子, 寺島雄一, 勝田 哲, 菅原泰晴
  • 学会等名: 日本天文学会2016年秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学城北キャンパス（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] X-ray Properties of Optically Faint Sources (2016)
  • 著者名/発表者名: Terashima, Y.
  • 学会等名: HSC-AGN face-to-face meeting
  • 発表場所: KAVLI IPMU, The University of Tokyo (千葉県柏市)
  • 年月日: 2016-08-27
  • 国際学会