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2020 年度 実績報告書

次世代の国際VLBI観測網で明らかにする巨大ブラックホールジェットの磁力線構造

研究課題

研究課題/領域番号 19H01943
研究機関国立天文台

研究代表者

秦 和弘  国立天文台, 水沢VLBI観測所, 助教 (60724458)

研究分担者 笹田 真人  広島大学, 宇宙科学センター, 特任助教 (10725352)
萩原 喜昭  東洋大学, 文学部, 教授 (60399300)
田崎 文得  国立天文台, 水沢VLBI観測所, 特別客員研究員 (10800609)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード電波天文学 / ブラックホール / VLBI / 活動銀河核 / ジェット
研究実績の概要

巨大ブラックホールから噴出する相対論的ジェットの生成・収束・加速機構の解明は現代天文学における最重要課題の1つである。本研究では、230GHz帯国際VLBI観測網(EHT)によるジェット生成領域の高解像度観測と、22/43GHz帯東アジアVLBI観測網による収束・加速領域の偏波観測を組み合わせ、世界に先駆けて生成・加速・収束領域における「磁力線構造」の解明を試みる。そのために石垣・小笠原局の両偏波受信システムを整備する。そして得られた磁力線構造をもとに、現在最有力とされる理論「磁場駆動型モデル」の妥当性を確かめる。

2020年度は、新型コロナウイルスの感染拡大により、本研究課題の柱に据える予定だった2020年4月のEHT/EAVNキャンペーン観測が中止になるなど、大変厳しいものであった。しかしこうした状況においても、我々は研究計画をアップデートすることで以下のような成果を着実に生み出すことができた。まず、2017年に取得されたM87のEHT230GHzのデータについて、EHT国際チームで協力してデータ分析をすすめ、史上はじめてM87のイベントホライズンスケールの磁場構造をマッピングすることに成功した(EHT Collaboration et al. 2021a,b)。本論文では共同研究者の田崎・本間・秋山らによるスパースモデリングの画像復元技術が大いに貢献した。次に、VERAを含むEAVNを用いて、主に明るいブレーザーを中心に数多くの両偏波観測を実施し、VERA両偏波受信システムの性能評価を大きく前進させるとともに、長年の目標であったEAVNによるジェットの偏波分布マップをついに作成することに成功した。観測成果の科学的考察はこれからが本番であるが、EAVNとして偏波マップを作成できたことは本研究課題における大変大きなマイルストーンである。

現在までの達成度 (区分)
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

2020年度は、新型コロナウイルスの感染拡大により、本研究課題の柱に据える予定だった2020年4月のEHT/EAVNキャンペーン観測が中止になるなど、非常に厳しいものであった。しかしこのような状況においても、研究計画をアップデートすることで我々は以下のような成果を生み出すことができた。まず、2017年に取得されたM87のEHT230GHzのデータについて、EHT国際チームで協力してデータ分析をすすめ、史上はじめてM87のイベントホライズンスケールの磁場構造をマッピングすることに成功した(EHT Collaboration et al. 2021a,b)。次に、VERAを含むEAVNを用いて、主に明るいブレーザーをターゲットに数多くの両偏波観測を実施した。これにより、VERA両偏波受信システムの性能評価を大きく前進させるとともに、EAVNによるジェットの偏波分布マップを初めて作成することに成功した。本成果は本研究課題における大きなマイルストーンであり、来年度以降の本格的な科学観測にむけた大きな一歩となった。現在はさらなる観測の準備をしているところである。以上の理由により、本研究課題は概ね順調に進んでいると判断した。

今後の研究の推進方策

本研究は新型コロナウイルスの影響などにより、当初の計画をアップデートしつつ進めている。このような状況でも、昨年度はVERA4局を用いて3C454.3, CTA102, BLLacなどパワフルはAGNジェット(いわゆるブレーザー)について両偏波観測を数回実施し、ジェット根元の偏波マップを得ることができた。
研究最終年度の本年度は、昨年度得られたブレーザーの偏波マップの考察を進め、ジェット生成領域の磁力線構造を議論し、査読論文執筆に着手する。また並行して、VERA及びEAVNを更に広帯域化させたアップグレード両偏波観測を推進する。具体的には、これまで主に1-2Gbpsの記録レートで行われていた観測を、大幅に記録レートを高めた4-32Gbps観測に挑戦する。これにより、微弱な信号である偏波フラックスを更に高い信号雑音比で検出できるようになり、また各バンドの同時受信帯域が広がることで、偏波角のバンド内回転(ファラデー回転)が測定可能になるなど、これまで未開拓のパラメータスペースの探求が実現する。このような新たな探査が重要となる天体は、クエーサーや狭輝線セイファート1型銀河などいわゆるガスが豊富で質量降着率が大きなタイプのブラックホールジェットである。この場合、M87やBLLacでは見られないような非常に大きなファラデー回転が期待され、広帯域のEAVN両偏波観測で非常に大きな値を検出できる可能性がある。以上の新規観測は本研究期間内に成果をまとめることは難しいかもしれないが、今後本研究分野を更に発展させていくための将来にむけた種まきであり、本年度中に可能な限り観測データを数多く取得したい。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 8件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 6件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] ハーバード大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ハーバード大学
  • [国際共同研究] 韓国天文研究院/ソウル大学/延世大学(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      韓国天文研究院/ソウル大学/延世大学
  • [国際共同研究] 上海天文台/新疆天文台(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      上海天文台/新疆天文台
  • [雑誌論文] Broadband Multi-wavelength Properties of M87 during the 2017 Event Horizon Telescope Campaign2021

    • 著者名/発表者名
      EHT Multi-wavelength Science Working Group et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 911 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] Polarimetric Properties of Event Horizon Telescope Targets from ALMA2021

    • 著者名/発表者名
      Goddi C., EHT Collaboration et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 910 ページ: L14~L14

    • DOI

      10.3847/2041-8213/abee6a

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] First M87 Event Horizon Telescope Results. VIII. Magnetic Field Structure near The Event Horizon2021

    • 著者名/発表者名
      EHT Collaboration et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 910 ページ: L13~L13

    • DOI

      10.3847/2041-8213/abe4de

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] First M87 Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring2021

    • 著者名/発表者名
      EHT Collaboration et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 910 ページ: L12~L12

    • DOI

      10.3847/2041-8213/abe71d

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Jet Collimation and Acceleration in the Giant Radio Galaxy NGC 3152021

    • 著者名/発表者名
      Park Jongho、Hada Kazuhiro、Nakamura Masanori、Asada Keiichi、Zhao Guangyao、Kino Motoki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 909 ページ: 76~76

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abd6ee

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Monitoring the Morphology of M87* in 2009?2017 with the Event Horizon Telescope2020

    • 著者名/発表者名
      Wielgus M., EHT Collaboration et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 901 ページ: 67~67

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abac0d

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Millimeter-VLBI Detection and Imaging of the Gravitationally Lensed γ-Ray Blazar JVAS B0218+3572020

    • 著者名/発表者名
      Hada Kazuhiro、Niinuma Kotaro、Sitarek Julian、Spingola Cristiana、Hirano Ayumi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 901 ページ: 2~2

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abaab1

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Event Horizon Telescope imaging of the archetypal blazar 3C 279 at an extreme 20 microarcsecond resolution2020

    • 著者名/発表者名
      Kim Jae-Young, EHT Collaboration et al.
    • 雑誌名

      Astronomy & Astrophysics

      巻: 640 ページ: A69~A69

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202037493

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Munti-wavelength Observations of M872021

    • 著者名/発表者名
      K. Hada
    • 学会等名
      Black Hole Astrophysics with VLBI: Multi-Wavelength and Multi-Messenger Era
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ミリ波VLBIによる巨大ブラックホール観測2021

    • 著者名/発表者名
      秦和弘
    • 学会等名
      (サブ)ミリ波単一鏡の革新で挑む、天文学の未解決問題
    • 招待講演
  • [学会発表] JCMT-VLBI超高解像度ミリ波観測で探る超巨大ブラックホール2021

    • 著者名/発表者名
      秦和弘
    • 学会等名
      ワークショップ 北半球で口径最大焦点面装置とっても充実サブミリ波単一鏡 JCMTを使ってみよう
    • 招待講演
  • [学会発表] MWL updates on M87 and AGN: Low-energy (radio/mm) perspective2020

    • 著者名/発表者名
      K. Hada
    • 学会等名
      EHT Collaboration Meeting 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Event Horizon Telescopeによるブレーザー3C279の20マイクロ秒角スケールイメージング2020

    • 著者名/発表者名
      秦和弘
    • 学会等名
      日本天文学会2020 秋季年会
  • [学会発表] EHTによるM87ブラックホール ・シャドウの撮影2020

    • 著者名/発表者名
      田崎文得
    • 学会等名
      宇宙電波懇談会シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] ブラックホール画像化2020

    • 著者名/発表者名
      田崎文得
    • 学会等名
      2020年度画像電子学会年次大会
    • 招待講演
  • [備考] 多波長同時観測でさぐるM87巨大ブラックホールの活動性と周辺構造:地上・宇宙の望遠鏡が一致団結

    • URL

      https://www.nao.ac.jp/news/science/2021/20210414-eht.html

  • [備考] イベント・ホライズン・テレスコープ・プロジェクトがM87ブラックホールごく近傍の磁場の画像化に成功

    • URL

      https://www.miz.nao.ac.jp/eht-j/c/pr/pr20210324

  • [備考] クエーサー 3C 279 の中心で輝くジェットを EHT が高解像度で観測

    • URL

      https://www.miz.nao.ac.jp/eht-j/c/pr/pr20200407

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公開日: 2021-12-27  

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