2017 Fiscal Year Annual Research Report
多波長観測とモンテカルロ数値計算による活動銀河核の構造と質量降着機構の解明
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17J06407
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
谷本 敦 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 超巨大ブラックホール / 活動銀河核 / X線天文衛星Suzaku |
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| Outline of Annual Research Achievements |
銀河中心には、10^6-10^9太陽質量の超巨大ブラックホール(SMBH: SuperMassive Black Hole)が普遍的に存在し、SMBH質量と銀河質量には非常に強い相関関係があります。この事実は、SMBHと母銀河が互いに影響を及ぼしながら、共進化してきたことを示唆しています。しかしながら、銀河(10^3 pc)のコンパクトな中心領域に存在するSMBH(10^-6 pc)が、どのような物理過程を通じて、互いに影響を与えてきたのかは謎に包まれています。この謎を解決する鍵が、活動銀河核(AGN: Active Galactic Nucleus)です。AGNとは、SMBHへの質量降着によって、その重力エネルギーを放射エネルギーへと変換し、銀河中心が明るく光り輝く現象です。すなわち、AGNとは、SMBHが質量を飲み込む成長過程であり、AGN観測によってSMBH成長の歴史を調べることが可能となります。
近年の観測結果から、AGNでは、ガスやダストから成るトーラスが銀河中心のSMBHと降着円盤を取り囲んでいることが明らかになってきました。このトーラスは、SMBHと母銀河の間に存在し、母銀河からSMBHへの質量供給の役割を担っています。すなわち、トーラスはSMBHと母銀河の共進化を理解する上で非常に重要です。しかしながら、この構造は未だに解明されていません。そこで私は、隠されたAGNに着目しました。隠されたAGNとは、Compton散乱に対して、光学的に厚いトーラスに覆われた天体です。この場合、中心からの放射がトーラスと強く相互作用するので、トーラスの構造を調べるのに最適です。私はX線天文衛星「すざく」によって観測された12天体の隠されたAGNの広帯域X線スペクトル解析を行いました。その結果、トーラス構造は密度が一様ではなく、多くのガスの塊から成ることを明らかにしました。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
近年の観測結果から、活動銀河核(AGN: Active Galactic Nucleus)では、ガスやダストから成るトーラスが銀河中心の超巨大ブラックホール(SMBH: SuperMassive Black Hole)と降着円盤を取り囲んでいることが明らかになってきました。このトーラスは、SMBHと母銀河の間に存在し、母銀河からSMBHへの質量供給の役割を担っています。すなわち、トーラスはSMBHと母銀河の共進化を理解する上で非常に重要です。しかしながら、この構造は未だに解明されていません。そこで私は、隠されたAGNに着目しました。隠されたAGNとは、Compton散乱に対して、光学的に厚いトーラスに覆われた天体です。この場合、中心からの放射がトーラスと強く相互作用するので、トーラスの構造を調べるのに最適です。
そこで私は、隠されたAGNのX線観測に着目しました。何故なら、X線は強い透過力により、隠されたAGNを発見することが出来るからです。近年、X線天文衛星Swiftの掃天観測によって、約50天体の隠されたAGN候補が発見されています。しかし、トーラスの構造を詳細に調べる為には、掃天観測のみでは得られない、広帯域X線スペクトルが必要です。その為、私はX線天文衛星「すざく」によって観測された12天体の隠されたAGNの広帯域X線スペクトル解析を行いました。その結果、トーラス構造は密度が一様ではなく、多くのガスの塊から成ることを明らかにしました。私は得られた結果をまとめ、主著論文を出版しました。また、国際会議で発表を行いました。その他、X線天文衛星NuSTARや全天X線監視装置MAXIを用いた共同研究を行い、4本の共著論文が出版されました。以上のことから、おおむね順調に進展していると評価しています。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度出版した主著論文では、トーラス構造は密度が一様ではなく(スムーストーラス)ではなく、多くのガスの塊から成ること(クランピートーラス)を明らかにしました。近年、クランピートーラスからの赤外線スペクトルモデルが作成され、トーラスの構造が調べられています。赤外線はダストの分布のみを反映します。その一方、X線はガスやダストを含む全物質の分布を調べることが可能です。しかしながら、クランピートーラスからのX線スペクトルモデルは未だに発展途上でした。そこで私は、クランピートーラスからのX線スペクトルモデル作成に取り組んでいます。私は、多波長観測結果や理論予想を考慮し、ガスの塊を確率的に分布させるモデルを考案しました。また、物質からの輝線の影響をより詳細に調べる為に、元素毎の散乱断面積データベース作成に取り組みました。私が作成した様々なコードを、Monte Carlo Simulation for Astrophysics and Cosmology(MONACO)と組み合わせることによって、クランピートーラスからのX線スペクトルモデル作成に成功しました。現在、私はX線スペクトルにおけるトーラス構造への依存性を詳細に調べています。また、作成したスペクトルモデルを近傍の隠されたAGNであるCircinus galaxyへ適用し、どのようなトーラス構造が観測されるX線スペクトルを再現出来るかを調べています。さらに、Circinus galaxyでは既に赤外線スペクトルからトーラス構造が求められています。そこで私は、赤外線から求めたトーラスの構造とX線から求めたトーラスの構造がどのように異なるのかを調べています。現在、私は得られた結果をまとめ、主著論文を執筆中です。その後、より多くの隠されたAGNの広帯域X線データに、作成したモデルを適用する予定です。
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