銀河系外活動天体の宇宙論的役割の研究

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05460
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 井上 進 国立研究開発法人理化学研究所, 数理創造プログラム, 研究員 (80413954)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 高エネルギー宇宙物理学 / 観測的宇宙論 / マルチメッセンジャー天文学

研究実績の概要

本研究課題の目的は、活動銀河核 (AGN)・ガンマ線バースト (GRB)・高速電波バースト (FRB) などの銀河系外活動天体の宇宙論的役割について、多角的な研究を推進することである。平成30年度の主な成果は以下の通りである。
1. IceCube天文台によって検出された高エネルギーニュートリノIC-170922Aの対応天体として、明るいブレーザー (ジェットを伴う活動銀河核の一種) TXS 0506+056が発見された (IceCube, Fermi-LAT, MAGIC Collaboration et al)。これを受け、このブレーザーのマルチメッセンジャー観測（多波長電磁波およびニュートリノの観測）の整合的な解釈として、ジェットの空間構造を考慮した理論モデルを構築した (Ansoldi, Bernardini, Bhattacharya, Inoue et al.)。
2. 上記観測の解釈として、いくつか別の可能性も検討し、ガンマ線においてハドロン放射が卓越するモデル（Cerruti, Zech, Inoue et al.) や、外部種光子による逆コンプトン放射モデル (Righi, Tavecchio & Inoue）なども提唱した。
3. 中性子星連星合体GW170817の重力波・電磁波による発見を受け、中性子星合体におけるr過程重元素合成の検証方法として、X線高分散分光観測の可能性を提唱した（論文準備中)。
4. 高エネルギーガンマ線観測を推進するMAGIC Collaborationにおいて、突発天体サイエンスグループのリーダーとして、上記以外にもGRB、FRB、AGNなどの観測および理論解釈を進め、最新の成果を国際会議などで発表した (各論文準備中)。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

交付申請時の研究実施計画では、1) AGNウィンド・フィードバックに伴う非熱的放射、および 2) FRBの電波分散を用いた宇宙再電離の探査法、が二つの大きな課題であった。1) に関しては、最初の論文を完成し、引き続き他の側面の研究も継続中である。2) については論文の完成が遅れている一方、平成30年度中には、当初予想していなかった大きな観測的進展として、MAGIC望遠鏡によるGRBからのTeVガンマ線の発見があった。この進展を受けて新たな研究を開始したため、すでに進行中であったFRBの研究がやや遅れることとなった。

今後の研究の推進方策

まず、遅れている、FRBを用いた宇宙再電離探査に関する論文や、中性子星連星合体におけるr過程元素合成のX線による診断法の論文を完成させる。さらに、平成30年度中に開始した、GRBのTeVガンマ線放射の研究を進展させ、論文を完成させる。その後、当初の平成30年度以降の研究計画にあった、AGNウィンドにおける超高エネルギー宇宙線加速や、非熱的放射を通じた銀河フィードバック機構の探査などの課題に取り組む。

研究成果

• [国際共同研究] Paris Observatory Meudon/LPNHE(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Paris Observatory Meudon/LPNHE
• [国際共同研究] Brera Astronomical Observatory(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: Brera Astronomical Observatory
• [国際共同研究] DESY/Max-Planck-Institute for Physics(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: DESY/Max-Planck-Institute for Physics
• [雑誌論文] Leptohadronic single-zone models for the electromagnetic and neutrino emission of TXS 0506+056 (2019)
  • 著者名/発表者名: Cerruti M、Zech A、Boisson C、Emery G、Inoue S、Lenain J-P
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters 巻: 483 ページ: L12～L16
  • DOI: 10.1093/mnrasl/sly210
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Neutrino emission from BL Lac objects: the role of radiatively inefficient accretion flows (2019)
  • 著者名/発表者名: Righi C、Tavecchio F、Inoue S
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters 巻: 483 ページ: L127～L131
  • DOI: 10.1093/mnrasl/sly231
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A fast, very-high-energy γ-ray flare from BL Lacertae during a period of multi-wavelength activity in June 2015 (2019)
  • 著者名/発表者名: MAGIC Collaboration、Acciari V. A. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 623 ページ: A175～A175
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201834010
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of TeV γ-ray emission from the neighbourhood of the supernova remnant G24.7+0.6 by MAGIC (2019)
  • 著者名/発表者名: MAGIC Collaboration、Acciari V A et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 483 ページ: 4578～4585
  • DOI: 10.1093/mnras/sty3387
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Deep observations of the globular cluster M15 with the MAGIC telescopes (2019)
  • 著者名/発表者名: MAGIC Collaboration、Acciari V A et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 484 ページ: 2876～2885
  • DOI: 10.1093/mnras/stz179
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of the extragalactic background light using MAGIC and Fermi-LAT gamma-ray observations of blazars up to z=1 (2019)
  • 著者名/発表者名: Acciari V A et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 486 ページ: 4233～4251
  • DOI: 10.1093/mnras/stz943
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A (2018)
  • 著者名/発表者名: The IceCube Collaboration、Fermi-LAT、MAGIC、AGILE、ASAS-SN、HAWC、H.E.S.S.、INTEGRAL、Kanata、Kiso、Kapteyn、Liverpool Telescope、Subaru、Swift/NuSTAR、VERITAS、VLA/17B-403 teams
  • 雑誌名: Science 巻: 361 ページ: eaat1378
  • DOI: 10.1126/science.aat1378
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Blazar TXS 0506+056 Associated with a High-energy Neutrino: Insights into Extragalactic Jets and Cosmic-Ray Acceleration (2018)
  • 著者名/発表者名: Ansoldi S.、Bernardini E.、Bhattacharyya W.、Inoue S.、Tavecchio F.、Cerruti M. et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 863 ページ: L10～L10
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aad083
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Constraining very-high-energy and optical emission from FRB 121102 with the MAGIC telescopes (2018)
  • 著者名/発表者名: MAGIC Collaboration、Acciari V A、Hassan T、Hoang J、Inoue S、Marcote B et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 481 ページ: 2479～2486
  • DOI: 10.1093/mnras/sty2422
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of persistent VHE gamma-ray emission from PKS 1510 089 by the MAGIC telescopes during low states between 2012 and 2017 (2018)
  • 著者名/発表者名: MAGIC Collaboration:、Acciari V. A. et al.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 619 ページ: A159～A159
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201833618
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The broad-band properties of the intermediate synchrotron peaked BL Lac S2 0109+22 from radio to VHE gamma-rays (2018)
  • 著者名/発表者名: MAGIC Collaboration、Ansoldi S et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 480 ページ: 879～892
  • DOI: 10.1093/mnras/sty1753
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Periastron Observations of TeV Gamma-Ray Emission from a Binary System with a 50-year Period (2018)
  • 著者名/発表者名: Abeysekara A. U. et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 867 ページ: L19～L19
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aae70e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraining dark matter lifetime with a deep gamma-ray survey of the Perseus galaxy cluster with MAGIC (2018)
  • 著者名/発表者名: Acciari V.A. et al.
  • 雑誌名: Physics of the Dark Universe 巻: 22 ページ: 38～47
  • DOI: 10.1016/j.dark.2018.08.002
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] GRB Science Prospects at the Dawn of the CTA Era (2019)
  • 著者名/発表者名: Susumu Inoue
  • 学会等名: CTA Transient/MWL Science Working Group Meeting (Milano, Italy)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Study of Cosmic Ray Origin and Transient Sources with CTA (2019)
  • 著者名/発表者名: 井上進
  • 学会等名: 日本物理春季学会（福岡・九州大伊都）
  • 招待講演
• [学会発表] 中性子星合体における高エネルギー現象とrプロセス (2018)
  • 著者名/発表者名: 井上進
  • 学会等名: 重力波観測時代のrプロセスと不安定核（和光・理研）
  • 招待講演
• [学会発表] Interpreting the electroweak observations of the blazar TXS 0506+056: insights into extragalactic jets, neutrinos and cosmic rays (2018)
  • 著者名/発表者名: Susumu Inoue
  • 学会等名: VHE Phenomena in the Universe (Quy Nhon, Vietnam)
  • 国際学会
• [学会発表] ブレーザー電弱放射の物理 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井上進
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙物理学2018 （東京・東大本郷）
• [学会発表] ブレーザー TXS 0506+056における高エネルギーガンマ線放射・ニュートリノ放射・宇宙線加速について (2018)
  • 著者名/発表者名: 井上進、Elisa Bernardini、Fabrizio Tavecchio、Wrijupan Bhattacharya、Konstancja Satalecka、他MAGIC Collaboration
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会（姫路・兵庫県立大）
• [学会発表] ブレーザー TXS 0506+056の電磁波・ニュートリノ放射のハドロン成分卓越モデル (2018)
  • 著者名/発表者名: Matteo Cerruti、Andreas Zech、井上進、Catherine Boisson、Gabriel Emery、Jean-Philippe Lenain
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会（姫路・兵庫県立大）
• [学会発表] Multi-messenger Transients in the CTA Era (2018)
  • 著者名/発表者名: Susumu Inoue
  • 学会等名: The Extreme Universe Viewed in Very-High-Energy Gamma Rays (La Palma, Spain)
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Science with the Cherenkov Telescope Array (2019)
  • 著者名/発表者名: J A Hinton, R A Ong, D Torres, R C G Chaves, R Mukherjee, D Mazin, L Gerard, J E Ward, P Giommi, A M Brown, S Inoue, M Ribo, E Bernardini, V Connaughton, J Granot, S Markoff, P O Brien, F Schussler, A Zech, J Biteau, M Daniel, T Hassan, E Lindfors, M Meyer
  • 総ページ数: 364
  • 出版者: World Scientific Publishing
  • ISBN: 978-981-3270-08-4
• [備考] Highly energetic neutrino traced back to a blazar
  • URL: http://www.riken.jp/en/research/rikenresearch/highlights/20181102_FY20180034/