特徴的な銀河団の長波長電波観測で迫る活動銀河核ジェットと銀河団物質の相互作用

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01135
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 赤堀 卓也 国立天文台, 水沢VLBI観測所, 特任研究員 (70455913)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 電波天文学 / 銀河団 / 活動銀河核 / SKA

研究実績の概要

本研究は最新鋭の長波長電波望遠鏡によるシンクロトロン偏波・電波の観測によって、AGNジェットが銀河団ガスに対してどのように磁場・宇宙線・そしてエネルギーを供給しているのかを3年計画で究明するものである。特に衝突後期銀河団のAbell3376、衝突前期銀河団のCIZA1359、そしてクーリングフロー銀河団候補のPhoenixの、3つの特徴的な銀河団天体に焦点を当てて研究を推進する計画である。今年度は当初の計画通りCIZA1359で2件の査読付き論文としてまとめた。また関連するファラデートモグラフィーの研究で2件、FRB観測で1件、銀河団SZ効果観測で1件、そして低周波電波観測のRFI軽減技術開発で2件の査読付き論文の成果を得た。CIZA1359は、インドのSKA先行機GMRTを用いて観測した。先進的な電波解析手法である方向依存型自己較正を適用して、世界最高レベルのダイナミックレンジである38000を達成し、銀河団の連結領域に淡く広がった電波放射を初めて発見することに成功した。CIZA1359のもう一件の論文ではX線観測の解析に協力し、その電波放射がX線で衝撃波があると予想される位置にあることを明らかにした。しかし衝撃波のマッハ数は最大で1.7と弱く、標準的な衝撃波加速モデルに照らし合わせると、その場に種電子が存在していたことを示唆する。我々のGMRTの電波観測は、確かにAGNを広がった放射の中に見つけており、そのうちいくつかのホスト銀河は銀河団の赤方偏移と大差なかった。そのことから、これらのAGNが過去あるいは現在にジェットを放出し、そのジェットが宇宙線を供給したと解釈するのが妥当であることを突き止めた。一連の研究により、磁場の存在やAGNの種電子供給が、連結領域のような銀河団の外縁でもあることを確かにしたことは、重要な成果と考えている。

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

Abell3376の研究から展開させて、MeerKATの銀河団レガシーサーベイから屈折したジェットを選び出し、CIZA1410とAbell3322について観測提案を行い、観測が実施された。GMRTとATCAのデータ、それにMeerKATのアーカイブデータを獲得した。どちらも現在解析を進めており、基本的な物理量を得つつある。来年度の早い段階で論文化に進められると期待しており、研究はおおむね順調に進展している。CIZA1359については、GMRTの観測データの取得、解析環境の準備、解析の実施、そして考察を実施し、さらにMeerKATの観測データまで取り込んで議論を深め、論文として出版するに至った。並行して、X線の解析結果も論文を出版できた。研究はおおむね順調に進展している。PhoenixについてはEAVNの観測データの取得、解析環境の準備、解析の実施、そして考察を実施し、さらに追加の観測提案をJVN/YIに申請し採択、観測された。観測結果を解析した結果、中心巨大ブラックホールは驚くほど暗く、銀河中心部の電波放射の大半は星形成領域あるいは若いジェットなどの広がった放射であることを世界で初めて突き止めた。論文投稿の準備中であり、研究はおおむね順調に進展している。これらの中核の研究に加えて、境界領域たるファラデートモグラフィーの研究や銀河群の研究でも進展がみられ、それらは次年度に論文出版に至ると期待している。

今後の研究の推進方策

CIZA1410とAbell3322については、較正変数の精査や自己較正の導入によって結像の品質を向上させる。これを達成した上で物理的考察を行って、年度内に投稿・採択を目指したい。CIZA1359については、偏波の解析や追観測の方向性も考えられるが、CIZA1410とAbell3322の研究で進展が見られたことから、優先度を下げることを考えている。Phoenixについては論文1件の投稿と採録を確実に達成したい。MeerKAT観測提案が採択されたならば、そのデータの取得と解析も加える。これら以外にも、本研究をサポートする電波・偏波の理論的および観測的研究も進める予定である。

研究成果

• [国際共同研究] NCRA(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: NCRA
• [国際共同研究] Leiden University/ASTRON/SRON(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: Leiden University/ASTRON/SRON
• [国際共同研究] SARAO/Rhodes University(南アフリカ)
  • 国名: 南アフリカ
  • 外国機関名: SARAO/Rhodes University
• [雑誌論文] Effects of depolarizing intervening galaxies on background radio emission. I. Global disk magnetic field (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Omae, T. Akahori, M. Machida
  • 雑誌名: PASJ 巻: 75 ページ: S108-S122
  • DOI: 10.1093/pasj/psac045
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wavelets and sparsity for Faraday Tomography (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Cooray, T. T. Takeuchi, S. Ideguchi, T. Akahori, Y. Miyashita, Takahashi, K.
  • 雑誌名: PASJ 巻: 75 ページ: S85-S96
  • DOI: 10.1093/pasj/psac052
  • 査読あり
• [雑誌論文] XMM-Newton view of the shock heating in an early merging cluster, CIZA J1358.9-4750 (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Omiya, K. Nakazawa, K. Matsushita, S. B. Kobayashi, N. Okabe, K. Sato, T. Tamura, Y. Fujita, L. Gu, T. Kitayama, T. Akahori, K. Kurahara, T. Yamaguchi
  • 雑誌名: PASJ 巻: 75 ページ: 37-51
  • DOI: 10.1093/pasj/psac087
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffuse radio source candidate in CIZA J1358.9－4750 (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Kurahara, T. Akahori, R. Kale, H. Akamatsu, Y. Fujita, L. Gu, H. Intema, K. Nakazawa, N. Okabe, Y. Omiya, V. Parekh, T. Shimwell, M. Takizawa, R. van Weeren
  • 雑誌名: PASJ 巻: 75 ページ: S138-S153
  • DOI: 10.1093/pasj/psac098
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of a bright burst from the repeating FRB 20221124A at 2 GHz (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Ikebe, K. Takefuji, T. Terasawa, S. Eie, T. Akahori, Y. Murata, T. Hashimoto, S. Kisaka, M. Honma, S. Yoshiura, S. Suzuki, T. Oyama, M. Sekido, K. Niinuma, H. Takeuchi, Y. Yonekura, T. Enoto
  • 雑誌名: PASJ 巻: 75 ページ: 199-207
  • DOI: 10.1093/pasj/psac101
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Galaxy clusters at z~1 imaged by ALMA with the Sunyaev-Zel’dovich effect (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Kitayama, S. Ueda, N. Okabe, T. Akahori, M. Hilton, J. P. Hughes, Y. Ichinohe, K. Kohno, E. Komatsu, Y. T. Lin, H. Miyatake, M. Oguri, C. Sifon, S. Takakuwa, M. Takizawa, T. Tsutsumi, J. van Marrewijk, E. J. Wollack
  • 雑誌名: PASJ 巻: 75 ページ: 311-337
  • DOI: 10.1093/pasj/psac110
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of highly selective compact high-temperature superconducting quad-band bandpass filter using interdigital feeding structure for radio astronomy (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Rachi, K. Sakuma, T. Akahori, N. Sekiya
  • 雑誌名: Superconductor Science and Technology 巻: 36 ページ: 025006
  • DOI: 10.1088/1361-6668/acab38
  • 査読あり
• [学会発表] Elucidating co-evolutions among AGN, galaxies, and ICM from an AGN survey with VERA (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Oki, H. Okino, T. Akahori, K. Kurahara, M. Honma, K. Hada, H. Nagai, K. Niinuma, T. Kitayama, S. Ueda, M. Ishida
  • 学会等名: 9th GALAXY EVOLUTION WORKSHOP
  • 国際学会
• [学会発表] Digging in young jets to elucidate clusters evolution from an AGN survey with VERA (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Oki, H. Okino, T. Akahori, K. Kurahara, M. Honma, K. Hada, H. Nagai, K. Niinuma, T. Kitayama, S. Ueda, M. Ishida
  • 学会等名: Black Hole Astrophysics with VLBI 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 衝突早期の銀河団CIZA1359に付随する新しい拡散電波源の発見 (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Kurahara, T. Akahori, R. Kale, H. Akamatsu, Y. Fujita, L. Gu, H. Intema, K. Nakazawa, N. Okabe, Y. Omiya, V. Parekh, T. Shimwell, M. Takizawa, R. van Weeren
  • 学会等名: SKA-Japanワークショップ 2022
• [学会発表] 衝突早期の銀河団CIZA1359で見つかった新しい電波レリック候補 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藏原昂平, 赤堀卓也, Kale Ruta, 赤松弘規, Gu Liyi, 藤田裕, Intema Huib, Van Weeren Reinout, 中澤知洋, 大宮悠希, 岡部信広, Patekh Viral, Shimwell Timothy, 滝沢元和
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] Evolution and feedback of the central AGN core in the Phoenix galaxy cluster: toward a VLCOP AGN survey (2023)
  • 著者名/発表者名: 大木愛花, 沖野大貴, 赤堀卓也, 藏原昂平, 秦和弘, 本間 希樹, 永井洋, 新沼浩太郎, 北山哲, 上田周太朗, 石田学
  • 学会等名: 宇宙電波懇談会シンポジウム
• [学会発表] VLBI 観測によるほうおう座銀河団中心の AGN 調査 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大木愛花, 沖野大貴, 赤堀卓也, 藏原昂平, 秦和弘, 本間 希樹, 永井洋, 新沼浩太郎, 北山哲, 上田周太朗, 石田学
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] VLBI observations of the central AGN core in the Phoenix galaxy cluster (2023)
  • 著者名/発表者名: 大木愛花, 沖野大貴, 赤堀卓也, 藏原昂平, 秦和弘, 本間 希樹, 永井洋, 新沼浩太郎, 北山哲, 上田周太朗, 石田学
  • 学会等名: SKA-Japanワークショップ2022
• [学会発表] A candidate of sloshing-induced radio emission in CIZA J1410.4-4246 (2023)
  • 著者名/発表者名: 赤堀卓也, 大木愛花, 藏原昂平, 赤松弘規
  • 学会等名: SKAJPワークショップ2023
• [学会発表] 衝突早期の銀河団CIZA1359に付随する新しい拡散電波源の発見 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藏原昂平, 赤堀卓也, Kale Ruta, 赤松弘規, Gu Liyi, 藤田裕, Intema Huib, Van Weeren Reinout, 中澤知洋, 大宮悠希, 岡部信広, Patekh Viral, Shimwell Timothy, 滝沢元和
  • 学会等名: 宇宙電波懇談会シンポジウム2022
• [学会発表] Phoenix rising from the ashes; co-existence of violent cooling and AGN feedback (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Akahori
  • 学会等名: IAU General Assembly 2022 FM6
  • 国際学会
• [学会発表] Diffuse radio source in CIZA J1358.9-4750 (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Kurahara, T. Akahori, R. Kale, H. Akamatsu, Y. Fujita, L. Gu, H. Intema, K. Nakazawa, N. Okabe, Y. Omiya, V. Parekh, T. Shimwell, M. Takizawa, R. van Weeren
  • 学会等名: SPARCS XI: The Rise of Sky Surveys
  • 国際学会
• [学会発表] VLBI観測によるJ2344-4243の中心構造の調査 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大木愛花, 沖野大貴, 赤堀卓也, 藏原昂平, 秦和弘, 本間 希樹, 永井洋, 新沼浩太郎, 北山哲, 上田周太朗, 石田学
  • 学会等名: VLBI懇談会シンポジウム2022
• [学会発表] A candidate of sloshing-induced radio emission in CIZA J1410.4-4246 (2022)
  • 著者名/発表者名: 赤堀卓也, 大木愛花, 藏原昂平, 赤松弘規
  • 学会等名: VLBI懇談会シンポジウム2022
• [学会発表] Diffuse radio source candidate in CIZA J1358.9-4750 (2022)
  • 著者名/発表者名: 藏原昂平, 赤堀卓也, Kale Ruta, 赤松弘規, Gu Liyi, 藤田裕, Intema Huib, Van Weeren Reinout, 中澤知洋, 大宮悠希, 岡部信広, Patekh Viral, Shimwell Timothy, 滝沢元和
  • 学会等名: VLBI懇談会シンポジウム2022
• [学会・シンポジウム開催] Black Hole Astrophysics with VLBI 2023 (2023)