ブラックホールX線新星の天体質量の推定と放射過程の包括的理解

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K03620
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 根來 均 日本大学, 理工学部, 教授 (30300891)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: ブラックホール / X線観測 / 宇宙ステーション / 全天X線監視装置 MAXI

研究実績の概要

国際宇宙ステーションに搭載された全天Ｘ線監視装置 MAXI のデータを用いて、我々の銀河系内のブラックホール新星等の突発天体を発見するためのデータ解析システム「突発天体発見システム」を開発してきた。2021年度には、同システムで新たに３つの新天体、MAXI J0903-531, MAXI J1803-298, MAXI J0709-159 を発見し、The Astronomer's Telegram を通じて世界に向けて速報した。MAXI J1803-298 のアウトバーストの全期間に渡る詳細な光度曲線とエネルギースペクトル解析を行い、その特徴からブラックホール天体である可能性が高いことがわかり、それら同天体の特徴をまとめ共同研究者らとともに論文発表した。残る２天体は、MAXI のデータの解析と多波長に渡る追観測の結果から、MAXI では初めての発見となる Be 型X線パルサーとまだ正体がはっきりしない高質量連星系であることがわかった。
また、2020 年に発見した MAXI J1848-015 はX線強度が数日で急激に減少するなど中性子星の特徴を示す一方、米の硬X線観測衛星 NuSTAR により得られたエネルギースペクトルからはブラックホール天体の特徴も示す特異な天体であることを明らかにした。それらの結果をまとめ共同研究者らと論文発表した。
これらの新天体の発見以外にも、同システムにより、ブラックホール天体 4U 1543-47 の 17年ぶりの再活動や V4641 Sgr の再活動などを捉え世界に速報した。これらの発見と解析により、本研究課題である質量の見積りで用いる、新たな２つのブラックホール天体等のアウトバーストの光度曲線等の情報が得られた。

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

研究実績の概要に記した通り、新たに１つのブラックホール天体を発見し、一昨年発見したブラックホールらしい天体の特徴も明らかにすることができた。また、2018 年末に発見したブラックホール候補天体 MAXI J1631-479 の論文化も進んでいる。それに伴い、研究課題の一つであるブラックホール質量の見積りに必要な光度曲線を作るための全放射量を測定するスペクトル解析手法も大学院生らと共に確立しつつある。
一方、これまでの全 MAXI のデータ等を用いた系統的なブラックホール天体の調査はまだ行えておらず、当初の計画以上には進展はない。

今後の研究の推進方策

引き続き新天体探査とその解析を行うとともに、より信頼できる速報体制を築くため、昨年度まで大学院生と行ってきた突発天体発見システムの改良を実施する。その改良により信頼度が高い自動速報の割合が増え、同改良は、本研究に直接関係するブラックホール天体の早期追観測だけでなく、ガンマ線バーストの追観測や重力波対応天体探査に対しても極めて有効である。
また、これまでの過去 12 年以上に渡る MAXI のデータを再解析するとともに、全天の各点（例えば、HEALPix ライブラリを用いた約 20 万点）に対して増光の有無を系統的に調べ、ブラックホールX線新星の位置と発生頻度等を調査する。

次年度使用額が生じた理由

発注をかけた高性能計算機がコロナ感染の影響で納品期限内に製造の見通しが立たなくなり、キャンセルせざるを得なくなった。同装置は、2022 年度に購入する予定である。
また、コロナの影響により、国内外の学会にも参加できなくなったり、オンラインでの参加となり、実質費用が生じなかった。

研究成果

• [国際共同研究] Penn State University/NASA Goddard Space Flight Center/California Institute of Technology(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Penn State University/NASA Goddard Space Flight Center/California Institute of Technology
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] University of Leicester(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Leicester
• [国際共同研究] INAF-OAC/INAF-IASFPA(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: INAF-OAC/INAF-IASFPA
• [雑誌論文] Discovery and Long-term Broadband X-Ray Monitoring of Galactic Black Hole Candidate MAXI J1803-298 (2022)
  • 著者名/発表者名: Shidatsu Megumi、Kobayashi Kohei、Negoro Hitoshi、Iwakiri Wataru、Nakahira Satoshi、Ueda Yoshihiro、Mihara Tatehiro、Enoto Teruaki、Gendreau Keith、Arzoumanian Zaven、Pope John、Trout Bruce、Okajima Takashi、Soong Yang
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 927 ページ: 151 (1～9)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac517b
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MAXI and NuSTAR Observations of the Faint X-Ray Transient MAXI J1848-015 in the GLIMPSE-C01 Cluster (2022)
  • 著者名/発表者名: Pike Sean N.、Negoro Hitoshi、Tomsick John A.、Bachetti Matteo、Brumback McKinley、Connors Riley M. T.、Garca Javier A.、Grefenstette Brian、Hare Jeremy、Harrison Fiona A.、Jaodand Amruta、Ludlam R. M.、Mastroserio Guglielmo、Mihara Tatehiro、Shidatsu Megumi、Sugizaki Mutsumi、Takagi Ryohei
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 927 ページ: 190 (1～14)
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac5258
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NuSTAR identified MAXI J0709-159 as a Be X-ray binary with LY CMa (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Negoro, T. Mihara, S. Pike, B. Grefenstette, W. Iwakiri, M. Nakajima, and K. Gendreau
  • 雑誌名: The Astronomer's Telegram 巻: 15193 ページ: 1～1
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MAXI observations of two bright X-ray flares from MAXI J0709-159 (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Kobayashi, H. Negoro, S. Sugita, M. Serino, T. Mihara, W. Iwakiri, M. Nakajima, K. Asakura, K. Seino, T. Tamagawa, J. Li, M. Matsuoka, T. Sakamoto, K. Komachi, H. Hiramatsu, A. Yoshida, Y. Tsuboi, H. Kawai, Y. Okamoto, S. Kitakoga, J. Kohara 他 33 名
  • 雑誌名: The Astronomer's Telegram 巻: 15188 ページ: 1～1
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] MAXI/GSC detection of an X-ray short transient event MAXI J0709-159 (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Serino, H. Negoro, M. Nakajima, K. Kobayashi, K. Asakura, K. Seino, T. Mihara, T. Tamagawa, J. Li, M. Matsuoka, T. Sakamoto, S. Sugita, K. Komachi, H. Hiramatsu, A. Yoshida, Y. Tsuboi, W. Iwakiri, H. Kawai, Y. Okamoto, S. Kitakoga, J. Kohara. 他 33 名
  • 雑誌名: The Astronomer's Telegram 巻: 15178 ページ: 1～1
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] MAXI/GSC detection of X-ray brightening from V4641 Sgr (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Negoro, M. Nakajima, T. Mihara, K. Kobayashi, K. Asakura, K. Seino, T. Tamagawa, M. Matsuoka, T. Sakamoto, M. Serino, S. Sugita, K. Komachi, A. Yoshida, Y. Tsuboi, W. Iwakiri, H. Kawai, Y. Okamoto, S. Kitakoga, M. Shidatsu, N. Kawai, 他 23 名
  • 雑誌名: The Astronomer's Telegram 巻: 14968 ページ: 1～1
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] MAXI/GSC observations: the black hole X-ray nova 4U 1543-47 is reaching the Eddington luminosity (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Negoro, M. Nakajima, K. Kobayashi, T. Mihara, N. Kawai, K. Asakura, K. Seino, T. Tamagawa, M. Matsuoka, T. Sakamoto, M. Serino, S. Sugita, K. Komachi, A. Yoshida, Y. Tsuboi, W. Iwakiri, H. Kawai, Y. Okamoto, S. Kitakoga, M. Shidatsu 他 26 名
  • 雑誌名: The Astronomer's Telegram 巻: 14708 ページ: 1～1
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] MAXI/GSC detection of a new outburst from the black hole binary 4U 1543-47 (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Negoro, M. Nakajima, M. Niwano, K. Kobayashi, K. Asakura, K. Seino, T. Mihara, T. Tamagawa, M. Matsuoka, T. Sakamoto, M. Serino, S. Sugita, K. Komachi, A. Yoshida, Y. Tsuboi, W. Iwakiri, H. Kawai, Y. Okamoto, S. Kitakoga, M. Shidatsu 他 26 名
  • 雑誌名: The Astronomer's Telegram 巻: 14701 ページ: 1～1
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] MAXI/GSC detection of a new X-ray transient MAXI J1803-298 (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Serino, H. Negoro, M. Nakajima, K. Kobayashi, K. Asakura, K. Seino, T. Mihara, T. Tamagawa, M. Matsuoka, T. Sakamoto, S. Sugita, K. Komachi, A. Yoshida, Y. Tsuboi, W. Iwakiri, H. Kawai, Y. Okamoto, S. Kitakoga, M. Shidatsu, N. Kawai, 他 27 名
  • 雑誌名: The Astronomer's Telegram 巻: 14587 ページ: 1～1
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] MAXI /GSC detection of a new X-ray transient MAXI J0903-531 (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaoka, H. Negoro, M. Serino, M. Nakajima, K. Kobayashi, K. Asakura, K. Seino, T. Mihara, T. Tamagawa, M. Matsuoka, T. Sakamoto, S. Sugita, K. Komachi, A. Yoshida, Y. Tsuboi, W. Iwakiri, R. Sasaki, H. Kawai, Y. Okamoto, S. Kitakoga 他 26 名
  • 雑誌名: The Astronomer's Telegram 巻: 14555 ページ: 1～1
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] On the nature of the anomalous event in 2021 in the dwarf nova SS?Cygni and its multi-wavelength transition (2021)
  • 著者名/発表者名: Kimura M.、Yamada S.、Nakaniwa N.、Makita Y.、Negoro H.、Shidatsu M.、Kato T.、Enoto T.、Isogai K.、Mihara T.、Akazawa H.、Gendreau K., Hambsch F.、Dubovsky F.、Kudzej I.、Kasai K.、Tordai T.、Pavlenko E.、Sosnovskij A.、Babina J. 他３名
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 73 ページ: 1262～1279
  • DOI: 10.1093/pasj/psab073
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 2021年にMAXI が発見した新天体と突発現象 (2022)
  • 著者名/発表者名: 根來均、中島基樹、芹野素子、三原建弘、中平聡志、上野史郎、 冨田洋、 吉田篤正、 坂本貴紀、 杉田聡司、 坪井陽子、岩切渉、志達めぐみ、河合誠之、上田佳宏、 山内誠、川室太希、山岡和貴、 川久保雄太、杉崎睦、 常深博、牧島一夫、松岡勝
  • 学会等名: 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] MAXI/GSC が検出した 2021 年度後半の突発現象 (2022)
  • 著者名/発表者名: 根來均, 中島基樹, 小林浩平, 芹野素子, 三原建弘, 河合 誠之, 岩切渉, 松岡勝 他 MAXI チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2022年春季年会
• [学会発表] 高速イメージフィットと機械学習を取り入れた MAXI アラートシステムの改良 (2022)
  • 著者名/発表者名: 朝倉敬介、根來均 他 MAXI チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2022年春季年会
• [学会発表] MAXI/GSC が検出した 2021 年度前半の突発現象: X 線新星 MAXI J0903－531 と MAXI J1803－298 の発見 (2021)
  • 著者名/発表者名: 根來均, 中島基樹, 小林浩平, 三原建弘, 山岡和貴, 北古賀智紀, 岩切渉, 芹野素子, 志達めぐみ, 菅原泰晴, 山田智史, 松岡勝 他 MAXI チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2021年秋季年会
• [学会発表] ダスト散乱の影響を考慮した MAXI J1631－479 のエネルギースペクトル解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林浩平, 根來均 他 MAXI チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2021年秋季年会
• [学会発表] 全天 X 線監視装置 MAXI/GSC のデータを用いた MAXI J1820+070 と MAXI J1631－479 のパワースペクトル解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 清野光輝, 小林浩平, 根來均, ほか MAXI チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2021年秋季年会