新しいVLBI手法による巨大ブラックホールジェット駆動領域の観測的研究

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26800109
• 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, 特別客員研究員 (60724458)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 電波天文学 / 超長基線電波干渉計（VLBI） / 活動銀河核 / ブラックホール / 相対論的ジェット

研究実績の概要

巨大ブラックホール(BH) から噴出する相対論的ジェットの生成機構解明は現代天文学における究極的課題の１つである。研究代表者はこれまでの研究で、ジェット生成領域の構造をシュバルツシルト半径(Rs) に匹敵する空間スケールで探査可能な「多周波相対VLBI」手法を世界に先駆けて実現することに成功した。本研究ではこの手法を更に発展活用し、「ジェットの絞り込み(収束) はBH からどの程度の位置で始まるのか？」、「ジェット生成にBH スピンは必要かどうか？」等について議論し、現在広く信じられている「磁場駆動型モデル」に対する観測的検証を行う。
今年度は当初の計画通り、最重要天体M87のVLBA多周波データ解析、特にBH最近傍10Rs領域まで見通せる86GHz帯の高解像度データの解析が中心であった。ただ、86GHz帯データは低周波データと比べ地球大気ゆらぎによる擾乱の影響が大きい。そのため高いSN比で信号検出をするための解析作業、技術的ステップが低周波データと比べ非常に煩雑で多く、当初想定していたよりも解析作業に多くの時間がかかってしまった。
現在は解析はほぼ完了、地道な努力の甲斐もあり、非常に興味深い結果が出始めている。M87はBHから100Rsより下流ではシンプルな双曲型で表されるのだが、今回根元側10-100Rs領域のジェット形状を詳しく調べたところ、単一の冪では評価できない複雑な絞り込み形状をしていることを発見した。空間スケールを考えると、これはBH近傍の降着流とジェットが相互作用をしていると考えると説明がつく。このようなジェット生成と降着円盤の相互作用を示唆する結果は未だかつて観測されておらず、今回が初めての観測的証拠となる可能性がある。
以上の成果は2015年3月の春季天文学会で口頭発表を行い、関連分野の研究者からも非常に大きな関心を持っていただいた。

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

研究実績概要の欄で説明の通り、今年度は当初予定どおりM87の解析を進めたが、86GHzデータの解析作業が予想以上に時間がかかり、この意味で進行はやや遅れてしまった。しかし、得られた結果そのものは当初想定していた以上に大きなインパクトを含む内容であり、結果的にではあるが全体として研究は順調に進展していると考えている。現在これらの結果を早急に査読論文にまとめており、近日中には投稿できる段階まで進展している。

今後の研究の推進方策

まずはM87の86GHz観測論文を仕上げ平成27年度の前半中には投稿を目指す。その後は並行して進めている他の天体の解析結果も順次まとめていく予定である。特にターゲットリストの１つであるM84については、現在大学院生１名（総研大　博士課程　中原聡美氏）を研究協力者に迎えデータ解析をサポートしてもらっており、2-43GHzの間の６周波を用いた多周波相対VLBIによるM84ブラックホール位置特定の結果が出揃いつつある。次年度後半頃には結果がまとまると見込んでおり、これに合わせて天文学会や国際研究会で成果発表していきたいと考えている。そして次年度終了時までには査読論文にまとめ、投稿が完了するところまで推進していきたい。
最重要天体であるM87については今回の結果を踏まえ、他のターゲット天体と比較した時にもしも科学的重要度が高いと判断した場合には、必要に応じて更なる詳細な論文執筆も検討したいと考えている。それ以外のターゲット天体についても順次観測、解析作業は当初の計画に従い進めていく予定である。

次年度使用額が生じた理由

以下の通り主に２つの理由がある。1. 投稿・出版を目標にしていたM87論文が今年度内にまとまらず、その投稿料・出版費用が次年度に持ち越しになったため。2. 今年度に購入を想定していた解析計算機周辺、ソフトウェア、図書書籍関連を次年度に延期したため。

次年度使用額の使用計画

理由欄に記述したとおり、繰り越した金額は論文投稿・出版費、および解析計算機、ソフトウェア、書籍の購入に使用する予定である。

備考

井上科学振興財団　平成２６年度（第３１回）井上研究奨励賞　受賞

研究成果

• [雑誌論文] A strong brightening at the jet base of M87 during the elevated very-high-energy gamma-ray state in 2012 (2015)
  • 著者名/発表者名: Hada, K., Giroletti, M., Kino, M., Giovannini, G., D'Ammando, F., Cheung, C.C, Beilicke, M., Nagai, H., Doi, A., Akiyama, K., and 11 coauthors
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium 巻: 313 ページ: 340-345
  • DOI: 10.1017/S174392131500246X
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Probing the precise location of the radio core in the TeV blazar Mrk 501 with VERA at 43 GHz (2015)
  • 著者名/発表者名: Koyama, Shoko; Kino, Motoki; Doi, Akihiro; Niinuma, Kotaro; Hada, Kazuhiro; Nagai, Hiroshi; Honma, Mareki; Akiyama, Kazunori; Giroletti, Marcello; Giovannini, Gabriele; and 6 coauthors
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of japan 巻: - ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1093/pasj/psu144
  • 査読あり
• [雑誌論文] A strong brightening at the jet base of M87 in the period of the TeV gamma-ray state in 2012 (2015)
  • 著者名/発表者名: Hada, K., Giroletti, M., Kino, M., Giovannini, G., D'Ammando, F., Cheung, C.C, Beilicke, M., Nagai, H., Doi, A., Akiyama, K., and 11 coauthors
  • 雑誌名: 2014 Fermi Symposium proceedings - eConf C14102.1 巻: - ページ: 印刷中
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetization Degree at the Jet Base of M87 Derived from the Event Horizon Telescope Data: Testing the Magnetically Driven Jet Paradigm (2015)
  • 著者名/発表者名: Kino, M.; Takahara, F.; Hada, K.; Akiyama, K.; Nagai, H.; Sohn, B. W.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 803 ページ: 30-41
  • DOI: 10.1017/S174392131500246X
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] VLBI observations of bright AGN jets with the KVN and VERA Array (KaVA): Evaluation of imaging capability (2015)
  • 著者名/発表者名: Niinuma, Kotaro; Lee, Sang-Sung; Kino, Motoki; Sohn, Bong Won; Akiyama, Kazunori; Zhao, Guang-Yao; Sawada-Satoh, Satoko; Trippe, Sascha; Hada, Kazuhiro; Jung, Taehyun; and 62 coauthors
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of japan 巻: 66 ページ: 103-118
  • DOI: 10.1093/pasj/psu104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-frequency, multi-epoch VLBI observations of the M87 jet (2015)
  • 著者名/発表者名: Hada, Kazuhiro; Giroletti, Marcello; Giovannini, Gabriele; Doi, Akihiro; Kino, Motoki; Nagai, Hiroshi; Honma, Mareki; Kawaguchi, Noriyuki
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium 巻: 304 ページ: 106-107
  • DOI: 10.1017/S1743921314003482
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Very Long Baseline Interferometry observations: the closest look at the cores of AGN (2015)
  • 著者名/発表者名: Giroletti, Marcello; Lico, Rocco; Hada, Kazuhiro; Giovannini, Gabriele
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium 巻: 304 ページ: 71-77
  • DOI: 10.1017/S1743921314003378
• [雑誌論文] ソンブレロ銀河中心に潜む巨大ブラックホールの周辺構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 秦和弘
  • 雑誌名: 物理科学月刊誌パリティ 巻: 第30巻1号 ページ: 48-49
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Strong Radio Brightening at the Jet Base of M 87 during the Elevated Very High Energy Gamma-Ray State in 2012 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hada, K.; Giroletti, M.; Kino, M.; Giovannini, G.; D'Ammando, F.; Cheung, C. C.; Beilicke, M.; Nagai, H.; Doi, A.; Akiyama, K.; and 11 coauthors
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 788 ページ: 165-177
  • DOI: 10.1088/0004-637X/788/2/165
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Relativistic Electrons and Magnetic Fields of the M87 Jet on the ~10 Schwarzschild Radii Scale (2014)
  • 著者名/発表者名: Kino, M.; Takahara, F.; Hada, K.; Doi, A.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 786 ページ: 5-12
  • DOI: 10.1088/0004-637X/786/1/5
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Limb-brightened Jet of 3C 84 Revealed by the 43 GHz Very-Long-Baseline-Array Observation (2014)
  • 著者名/発表者名: Nagai, H.; Haga, T.; Giovannini, G.; Doi, A.; Orienti, M.; D'Ammando, F.; Kino, M.; Nakamura, M.; Asada, K.; Hada, K.; Giroletti, M.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 785 ページ: 53-58
  • DOI: 10.1088/0004-637X/785/1/53
  • 査読あり
• [学会発表] VLBA+GBT at 86GHzによるM87ジェット生成領域の高分解能・高解像度イメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: 秦和弘
  • 学会等名: 2015年日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府）
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [学会発表] Core-shift observations of M87 jet (2014)
  • 著者名/発表者名: Hada, K.
  • 学会等名: The International Workshop "Multi-frequency view of AGN core-shift effect"
  • 発表場所: Daejeon, Korea
  • 年月日: 2014-12-18 – 2014-12-19
  • 招待講演
• [学会発表] Possible interesting targets for core-shift measurements (2014)
  • 著者名/発表者名: Hada, K.
  • 学会等名: The International Workshop "Multi-frequency view of AGN core-shift effect"
  • 発表場所: Daejeon, Korea
  • 年月日: 2014-12-18 – 2014-12-19
  • 招待講演
• [学会発表] AGN jet studies with VLBI in the world (2014)
  • 著者名/発表者名: 秦和弘
  • 学会等名: 2014年度VLBI懇談会シンポジウム
  • 発表場所: 国土地理院（茨城県）
  • 年月日: 2014-10-28 – 2014-10-31
  • 招待講演
• [学会発表] A strong brightening at the jet base of M87 in the period of the TeV gamma-ray state in 2012 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hada, K.
  • 学会等名: Fifth International Fermi Symposium
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2014-10-20 – 2014-10-24
• [学会発表] M87 results from ongoing EATING collaboration (2014)
  • 著者名/発表者名: Hada, K.
  • 学会等名: East Asia to Italy: Nearly Global VLBI
  • 発表場所: Bologna, Italy
  • 年月日: 2014-10-14 – 2014-10-15
  • 招待講演
• [学会発表] Continuing EVN monitoring of HST-1 in the jet of M87 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hada, K.
  • 学会等名: 12th European VLBI Network Symposium
  • 発表場所: Cagliari, Italy
  • 年月日: 2014-10-07 – 2014-10-10
• [学会発表] A strong brightening at the jet base of M87 during the elevated very-high-energy gamma-ray state in 2012 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hada, K.
  • 学会等名: IAU Symposium 313: Extragalactic jets from every angle
  • 発表場所: Puerto Ayora, Ecuador
  • 年月日: 2014-09-15 – 2014-09-19
• [学会発表] A strong brightening at the jet base of M87 during the elevated very-high-energy gamma-ray state in 2012 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hada, K.
  • 学会等名: Bologna High Energy Meeting 2014
  • 発表場所: Bologna, Italy
  • 年月日: 2014-04-08 – 2014-04-08
• [備考] 活動銀河M87のガンマ線フレア、電波でも増光を観測
  • URL: http://www.astroarts.co.jp/news/2014/09/05m87/index-j.shtml
• [備考] 活動銀河M87の高エネルギーガンマ線フレアにともなう電波増光をキャッチ
  • URL: http://veraserver.mtk.nao.ac.jp/hilight/2014_hada.html
• [備考] 高エネルギーガンマ線フレアに伴う電波増光を検出…M87で発生
  • URL: http://response.jp/article/2014/09/08/231867.html
• [備考] 公益財団法人 井上科学振興財団 平成２６年度（第３１回）井上研究奨励賞
  • URL: http://www.inoue-zaidan.or.jp/f-02.html