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

2015 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, 助教 (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さらに発展活用し、「ジェットの絞り込みはBHからどの程度の距離で始まるのか？」、「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。
今年度は平成26年度から続いていた最重要天体M87のVLBA86GHzデータの論文化に向けた作業が最優先事項であった。その結果、平成27年6月にApJに査読論文を投稿、幾つかの改訂を経て、平成27年11月に受理、平成28年1月に無事ApJに出版された（Hada et al. 2016, ApJ, 817, 131）。本成果は米国電波天文台のサイエンスハイライトとしてウェブサイトでも取り上げられるなど、科学的インパクトが確かに大きな内容であったことを示している。
また、当初の観測天体リストにはなかったが、急速に進展するジェット研究分野の最新の動向を踏まえ、ターゲットとして新たな天体種族「狭輝線１型セイファート銀河(NLS1)」を盛り込むことを決定した。NLS1はブレーザー、電波銀河に続いてガンマ線望遠鏡Fermiによってガンマ線活動が確認された第三のAGN種族であるが、そのジェットの性質は謎に満ちており、近年この種族の構造探査が非常に大きな注目を浴びている。そこで我々はNLS1ジェット根元の超精密探査という観点から切り込むべく、最も代表的かつ近傍のNLS1であるPMN J0948+0022と1H 0323+342について多周波相対VLBI観測を実施した。

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

研究実績概要で説明の通り、平成27年度は最優先事項であったM87 VLBA 86GHz観測の論文化が無事完了し、米国電波天文台のサイエンスハイライトとしてピックアップしてもらうなど、M87研究成果については当初の計画以上に充実した１年となった。また、多周波相対VLBIの新たなターゲットとしてNLS1を世界に先駆けて観測できたことも、本アプローチのさらなる発展に大きな弾みとなるだろう。
更には研究協力者の中原聡美氏（総研大　博士課程）には平成26年度に引き続き重要天体であるM84、加えて平成27年度からNGC4261についても解析を行ってもらっており、幾つかの国内研究会で発表するなど順調に研究が進展している。
ただそれでもなお、「天体数」という点では当初の予定よりもやや進展が遅れているのは事実である。以上の総合的な事情が「おおむね順調に進展している」と判断した理由である。

今後の研究の推進方策

平成28年度は本研究課題最終年度ということもあり、現在取り組んでいる天体については論文出版に向けて作業を加速させていきたい。中原氏が担当しているM84, NGC4261については既に概ね結果がまとまり論文執筆が始まっており、平成28年度中の査読論文投稿・出版が見込まれる。新たに観測したNLS1については近年進展が目まぐるしい分野ゆえ、優先度を最優先レベルに引き上げ、解析から考察、そして平成28年度中の論文出版に向けて全力で取り組みたいと考えている。他の天体についても順次作業を進めていく。
論文執筆と並行し、これらの研究成果を国内外の研究会で発表する。既に５月から６月にかけて台湾とスペインで開催される２つの国際研究会にて口頭講演が決まっており（うち１件は招待講演）、その後も秋季日本天文学会などで積極的に成果発信していく予定である。
そして最終的には、解析が完了した全天体の結果をコンパイルし、統一的な観点から「ジェットの絞り込みの距離」及び「ジェット生成とBHスピンの関連」を議論し、磁場駆動モデルの妥当性を検証する総まとめ論文を執筆し、本研究課題完了を目指したいと考えている。

研究成果

• [国際共同研究] Institute of Radio Astronomy in Bologna(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: Institute of Radio Astronomy in Bologna
• [国際共同研究] 韓国天文宇宙科学研究院(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: 韓国天文宇宙科学研究院
• [国際共同研究] Max Planck Institute for Radio Astronomy(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Planck Institute for Radio Astronomy
• [雑誌論文] Discovery of off-axis jet structure of TeV blazar Mrk501 with mm-VLBI (2016)
  • 著者名/発表者名: Koyama, S., Kino, M., Giroletti, M., Doi, A., Giovannini, G., Orienti, M., Hada, K., Ros, E., Niinuma, K., Nagai, H., Savolainen, T., Krichbaum, T. P., Perez-Torres, M. A.
  • 雑誌名: Astronomy and Astrophysics 巻: 586 ページ: 113-122
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201526541
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-sensitivity 86GHz(3.5mm) VLBI observations of M87: Deep imaging of the jet base at a resolution of 10 Schwarzschild radii (2016)
  • 著者名/発表者名: Hada, K., Kino, M., Doi, A., Nagai, H., Honma, M., Akiyama, K., Tazaki, F., Lico, R., Giroletti, M., Giovannini, G., Orienti, M., Hagiwara, Y.,
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 817 ページ: 131-147
  • DOI: 10.3847/0004-637X/817/2/131
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Discovery of a wandering radio jet base after a large X-ray flare in the blazar Markarian 421 (2015)
  • 著者名/発表者名: Niinuma, K., Kino, M., Doi, A., Hada, K., Nagai, H., Koyama, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 807 ページ: 14-18
  • DOI: 10.1088/2041-8205/807/1/L14
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 230GHz VLBI observations of M87: Event-horizon-scale structure during an enhanced very-high-energy gamma-ray state in 2012 (2015)
  • 著者名/発表者名: Akiyama, K., Lu, R.-S, Fish, V. L., Doeleman, S. S., Broderick, A. E., Dexter, J., Hada, K. and 41 co-authors
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 807 ページ: 150-160
  • DOI: 10.1088/0004-637X/807/2/150
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Determination of central engine position and accretion disk structure in NGC4261 by core shift measurements (2015)
  • 著者名/発表者名: Haga, T., Doi, A., Murata, Y., Sudou, H., Kameno, S., Hada, K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 807 ページ: 15-29
  • DOI: 10.1088/0004-637X/807/1/15
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 日韓合同VLBI観測網KaVAによるM87ジェット加速領域の高頻度・高解像度モニター (2016)
  • 著者名/発表者名: 秦和弘
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都、八王子市）
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [学会発表] Imaging the central <10Rs of the M87 nucleus with high-sensitivity 86GHz VLBI (2016)
  • 著者名/発表者名: Hada, K.
  • 学会等名: ALMA Workshop “Ultra-high-resolution observation with phased-ALMA”
  • 発表場所: 国立天文台三鷹（東京都、三鷹市）
  • 年月日: 2016-01-13 – 2016-01-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] KaVA: The KVN and VERA Array (2015)
  • 著者名/発表者名: Hada, K.
  • 学会等名: IRA colloquium at INAF-IRA
  • 発表場所: Institute of Radio Astronomy (イタリア、ボローニャ)
  • 年月日: 2015-11-23 – 2015-11-23
  • 招待講演
• [学会発表] VLBIで探る巨大ブラックホールジェット根元観測の最前線 (2015)
  • 著者名/発表者名: 秦和弘
  • 学会等名: 第30回ブラックホール地平面研究会
  • 発表場所: 山口大学（山口県、山口市）
  • 年月日: 2015-10-10 – 2015-10-11
  • 招待講演
• [学会発表] Progress report on KaVA M87 monitor project (2015)
  • 著者名/発表者名: 秦和弘
  • 学会等名: 第１３回水沢VLBI観測所ユーザーズミーティング
  • 発表場所: 国立天文台水沢（岩手県、奥州市）
  • 年月日: 2015-09-24 – 2015-09-25
• [学会発表] Science cases with mmVLBI (2015)
  • 著者名/発表者名: 秦和弘
  • 学会等名: 第13回 水沢VLBI観測所ユーザーズミーティング
  • 発表場所: 国立天文台水沢（岩手県、奥州市）
  • 年月日: 2015-09-24 – 2015-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] EVNおよびVLBAを用いたM87ジェットにおける活動的ノットHST-1の長期運動モニター (2015)
  • 著者名/発表者名: 秦和弘
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
  • 発表場所: 甲南大学（兵庫県、神戸市）
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
• [学会発表] Imaging the jet base of M87: witnessing the collimation and acceleration site (2015)
  • 著者名/発表者名: Hada, K.
  • 学会等名: 8th East-Asia VLBI Workshop
  • 発表場所: 北海道大学（北海道、札幌市）
  • 年月日: 2015-07-08 – 2015-07-10
  • 国際学会
• [学会発表] VLBI偏波サイエンスの現状と目標 (2015)
  • 著者名/発表者名: 秦和弘
  • 学会等名: ミリ波VLBIによるブラックホール天文学の野望と展望
  • 発表場所: 東洋大学（東京都、文京区）
  • 年月日: 2015-07-04 – 2015-07-04
  • 招待講演
• [学会発表] VLBIで探る超巨大ブラックホール探査の最前線 (2015)
  • 著者名/発表者名: 秦和弘、秋山和徳
  • 学会等名: 長野ブラックホール天文教育研究会
  • 発表場所: 長野高専（長野県、長野市）
  • 年月日: 2015-05-30 – 2015-05-31
  • 招待講演
• [備考] 日韓合同電波望遠鏡群で探る巨大ブラックホールジェット ~見えてきた「超光速噴出流」の現場~
  • URL: http://www.miz.nao.ac.jp/content/pr/pr20160312/c01
• [備考] NRAO Media Tip Sheet
  • URL: https://public.nrao.edu/news/tip-sheets/2016-feb-tip-sheet